INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/12198/1/integracioncontrola.pdf · 1.5.2.1 Diferencia entre PLC y PAC 19 1.5.3 Fundamentos y teoría

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

“Integración de un Controlador de

Automatización Programable para aplicaciones de

Control de Movimiento.”

T E S I S

QUE PARA OBETENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN.

PRESENTA:

HERNÁNDEZ GARCÍA JESÚS ALEJANDRO. RODRÍGUEZ LORENZANA RAFAEL.

ASESORES:

M. en C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ. Dr. JUAN JOSÉ MUÑOZ CÈSAR.

MÉXICO D.F. Abril de 2013

AGRADECIMIENTOS Primeramente a Dios por permitirme lograr esta meta en mi vida, el ser profesionista y poder terminar este trabajo que tanto empeño le puse. Gracias. A mi Mamá y Papá que después de tanto esfuerzo y apoyo que me han blindado hoy les hago llegar este trabajo como la prueba y agradecimiento que tanto que me han dado, no habrá forma de agradecerles lo mucho que han hecho por mí, Gracias. A mis hermanos que siempre me ayudaron en el camino en todas las etapas, gracias por confiar en mí. A mis profesores que desde el inicio han marcado su huella en mi inspiración y motivo a seguir adelante, a luchar y ser siempre exigente con uno mismo, pero sobre todo nunca olvidar de dónde venimos y dejar huella estemos donde estemos, a ustedes Gracias. A mis amigos que siempre estuvieron conmigo, en las buenas, en las malas, en los equipos, en las malas notas a ustedes, pero que siempre estuvieron les doy las gracias por compartir esta etapa de la vida, Gracias.

Jesús Alejandro Hernández García.

Este presente trabajo está dedicado a toda mi familia y especialmente a mis padres por todos los esfuerzos que realizaron para que yo pudiera llegar a este punto y por la educación y valores inculcados a lo largo de toda mi vida que recibí de parte de ellos y mis hermanos, mi madre Romalda Lorenzana Lorenzana por los desvelos realizados en esta trayectoria, a mi padre Rafael Rodríguez Montalvo por los consejos que me ha dado toda la vida y a mis hermanos Ignacio y Sergio por el apoyo que me han brindado, ya que este logro es de todos ustedes. Agradezco al Dr. Juan José Muñoz César por haber confiado en mi persona y por la paciencia que nos brindó en la dirección de este trabajo, el M. en C. Pedro Francisco González Huerta por sus comentarios y correcciones atinadas durante la elaboración de esta tesis. También agradezco a mi compañero de tesis y mi gran amigo Jesús Alejandro Hernández García quien tuve el gusto de conocer a lo largo de esta carrera y pasar momentos agradables, también a cada uno de mis compañeros por su amistad brindada a lo largo de la carrera y a todos los maestros por los valores y enseñanzas que nos trasmitieron para que hoy sea un profesionista.

Rafael Rodríguez Lorenzana.

DEDICATORIAS. A la ESIME, por haberme otorgado el ser Orgullosamente Politécnico, mi segunda casa siendo que el día de mañana quien pueda leer este trabajo y le sea útil. Y a ti mi viejo amigo que nos cuidas estés donde estés, Gracias, porque tú también eras y seguirás siendo un Orgulloso Politécnico para ti mi mejor amigo de la infancia.

Jesús Alejandro Hernández García.

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Índice General Índice de Figuras vi Índice de Tablas ix Resumen x Introducción xi

CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN AL TRABAJO DE TESIS 11.1 Objetivo General 21.2 Objetivos Específicos 21.3 Justificación 21.4 Estado del Arte 31.4.1 Integración de la arquitectura KINETIX de Allen Bradley para el

control de un brazo articulado CRS A255 31.4.2 Módulo Didáctico para control movimiento con CompactLogix 61.4.3 Máquina Fezer; Caso Brasil 101.5 Marco Teórico 121.5.1 El Antecesor del PAC: el PLC 121.5.1.1 Fuente de poder 131.5.1.2 CPU 131.5.1.3 Módulos de Entrada y Módulos de salida 151.5.1.4 Las comunicaciones y las redes 171.5.2 El Controlador de Automatización Programable 181.5.2.1 Diferencia entre PLC y PAC 191.5.3 Fundamentos y teoría de la comunicación Ethernet I/P 191.5.3.1 Direccionamiento IP 211.5.4 Fundamentos y teoría del control de movimiento 221.5.4.1 Componentes del control de movimiento

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CAPITULO 2 EL CONTROLADOR DE AUTOMATIZACIÓN PROGRAMABLE Y LOS DISPOSITIVOS DE CONTROL DE

MOVIMIENTO 292.1 El PAC de Allen Bradley 302.2 ControlLogix 312.2.1 Módulos de entrada y salida del ControlLogix 5561 332.2.2 Módulo de movimiento SERCOS 382.2.3 Módulo de Comunicación Ethernet/IP 392.2.4 Módulo CPU 412.2.5 Fuente de Alimentación 422.3 Ultra 3000; Servodrive de la familia Allen Bradley 432.4 Servomotor para el sistema de control de movimiento 482.5 El software de programación 492.6 Diseño del gabinete de control 50

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CAPITULO 3 DISEÑO ELÉCTRICO DEL GABINETE DE

CONTROL 53 3.1 Dispositivos para la alimentación del gabinete de control 543.1.1 Bloque de distribución 543.1.2 Interruptores Termo magnético 563.1.3 Clemas del gabinete de control 573.1.4 La fuente externa del gabinete de control 583.1.5 Los filtros para Ultra 3000 593.2 Pulsadores para la parte de potencia del gabinete de control 613.3 Botonera para simulación de entradas y salidas 623.4 Cable fibra óptica 643.5 Diseño eléctrico del gabinete de control 653.5.1 Diagramas del cableado eléctrico

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CAPITULO 4 PROGRAMACIÓN DEL CONTROL DE MOVIMIENTO UTILIZANDO RSLOGIX 5000 76

4.1 El último componente del sistema de control de movimiento: El software de programación 77

4.2 Comunicación Ethernet/IP entre el ControlLogix y la PC 774.2.1 Comunicación utilizando el software RSLinx 774.3 Utilizando el RSLogix 5000 814.3.1 Dar de alta los módulos del ControlLogix 824.4 Elementos para la red SERCOS 884.4.1 Configuración de grupo de ejes 904.4.2 Elección de servomotores 944.4.3 Prueba del servomotor 974.5 Comandos directos de control de movimiento 1044.5.1 Asignación de parámetros en los comandos directos de control de

movimiento 1044.5.2 Ejemplo utilizando los comandos directos de movimiento 1074.6 Programando los comandos de control de movimiento 1074.6.1 Comandos de estado de movimiento 1094.6.2 Comandos de grupo de ejes

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CAPITULO 5 RESULTADOS, APLICACIONES DEL GABINETE DE CONTROL, Y CONCLUSIONES

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5.1 Resultados obtenidos del gabinete de control 1415.2 Aplicaciones industriales para el gabinete de control 1425.2.1 Encartonadora con ControlLogix y Ultra 300 1425.2.2 Máquina Pone y Acomoda (Pick & Place) con ControlLogix y

Ultra3000 1435.3 Cotización del gabinete de control 1455.4 Conclusiones 146 Bibliográfica 147 Anexo 148

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ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 1.1 Brazo robótico A255 mostrando el movimiento de sus

articulaciones 4Fig. 1.2 Servomotores y cableado del sistema robótico 4Fig. 1.3 Conexión SERCOS en anillo mediante fibra óptica 5Fig. 1.4 Instrucción de Movimiento en RSLogix 5000 5Fig. 1.5 Coordinación de Geometría de un brazo robot 6Fig. 1.6 Embotelladora

a) Imagen Física b) Diagrama de control 7

Fig. 1.7 Compact logix de Allen Bradley 8Fig. 1.8 Tablero de Control con CompactLogix 8Fig. 1.9 Diagrama básico de la maquina envolvedora de película plástica

9Fig. 1.10 Diagrama de bloques de la solución propuesta 10Fig. 1.11 Ejemplo de una maquina Fezer 10Fig. 1.12 Solución propuesta de Rockwell Automation para máquinas

Fezer 11Fig. 1.13 Arquitectura Interna de un PLC 13Fig. 1.14 Ejemplo de una Fuente de poder marca SIEMENS 14Fig. 1.15 Ejemplo de CPU 14Fig. 1.16 Sistema de memoria 14Fig. 1.17 Opto acoplador por fototransistor 16Fig. 1.18 Actividades de un PLC 17Fig. 1.19 Modelo OSI 18Fig. 1.20 Ejemplo de una red Ethernet con componentes Rockwell

Automation 21Fig. 1.21 Estructura General de Control de movimiento 23Fig. 1.22 Diagrama de bloques de un sistema de control de movimiento 23Fig. 1.23 Perfil Trapezoidal 24Fig. 1.24 Perfil de tipo curva S 25Fig. 1.25 Ejemplo de un servodrive con sus partes mencionadas 25Fig. 1.26 Electrónica que compone un servomotor 27 Fig. 2.1 Tablero de control con ControlLogix 30Fig. 2.2 ControlLogix de Rockwell Automation 31Fig. 2.3 Arquitectura típica de un ControlLogix 32Fig. 2.4 Selección de Módulos de ControlLogix 32Fig. 2.5 Diagrama de conexión para el módulo 1756-OB16 34Fig. 2.6 Pantalla frontal 35Fig. 2.7 Esquema Simplificado del módulo de salida 35Fig. 2.8 Diagrama de conexión para el módulo 1756-IB16I 36Fig. 2.9 Pantalla frontal del módulo de entrada 37Fig. 2.10 Esquema simplificado del módulo 37Fig. 2.11 Módulo de E/S y su terminal de bloques 37Fig. 2.12 Modulo SERCOS ControlLogix 38

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Fig. 2.13 Conexiones de receptor y transmisor con cable fibra óptica 39Fig. 2.14 El módulo Ethernet puede servir de adaptador que interconecta

los módulos de E/S

39Fig. 2.15 Identificacion de las caracteristicas del modulo Ethernet/IP 40Fig. 2.16 Cableado correcto del conector Ethernet/IP 40Fig. 2.17 CPU de ControlLogix. Logix 61 41Fig. 2.18 Fuente de alimentación de ControlLogix 42Fig. 2.19 Familia de Servodrives Ultra 3000 de Allen Bradley 44Fig. 2.20 Conexión típica entre servodrives y el controlador 45Fig. 2.21 Identificación de la Conexión del Ultra 3000 con SERCOS 46Fig. 2.22 Dimensiones del Ultra 3000 47Fig. 2.23 Conexión del Ultra 3000 con el servomotor 48Fig. 2.24 Servomotor de la serie MP 49Fig. 2.25 Imagen de inicio de RSLOGIX 5000 50Fig. 2.26 Propuesta de sistema de control de movimiento 51Fig. 2.27 Propuesta del gabinete de control con sistema de control de

movimiento 52Fig. 3.1 Diagrama de sistema y subsitemas del gabinete de control 55Fig. 3.2 Toma de corriente Allen Bradley 54Fig. 3.3 Interruptores del gabinete de control 57Fig. 3.4 Clemas del gabinete de control 58Fig. 3.5 Fuente externa 24 VCD de Allen Bradley 59Fig. 3.6 Recomendación de montado para el filtro 60Fig. 3.7 Dimensiones de ambos filtros 60Fig. 3.8 Filtros monofásico y trifásico 61Fig. 3.9 Pulsadores para la potencia del gabinete 61Fig. 3.10 Pulsadores del gabinete 62Fig. 3.11 Botonera para entradas y salidas 62Fig. 3.12 Cableado para los interruptores y lámparas de la botonera 64Fig. 3.13 Radio permitido al doblar la fibra óptica de Allen Bradley 65Fig. 3.14 Topología anillo con fibra óptica para los Ultra 3000 65Fig. 3.15 Diagrama eléctrico del circuito de control 66Fig. 3.16 Diagrama de conexión de los dispositivos de protección 67Fig. 3.17 Diagrama eléctrico de la conexión del primer filtro 68Fig. 3.18 Diagrama eléctrico de la conexión del segundo filtro 69Fig. 3.19 Conexiones electricas para la tarjeta de entrada digita 70Fig. 3.20 Conexiones eléctricas para la tarjeta de salida digital 71Fig. 3.21 Comienzo del cableado para el gabinete de control 72Fig. 3.22 Cableando la toma de corriente desde el cable de uso rudo 72Fig. 3.23 Cableado de los pulsadores del gabinete de control 73Fig. 3.24 Cableado de los filtros 73Fig. 3.25 Cableado del los módulos del ControlLogix 73Fig. 3.26 Cableado de alimentación del Ultra 3000 74Fig. 3.27 Gabinete de control para aplicaciones de control de movimiento 74Fig. 3.28 Gabinete de control en operación 75 Fig. 4.1 Asignación de IP para la PC 78Fig. 4.2 Selección del tipo de comunicación 78Fig. 4.3 Asignaciòn de nombre 79

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Fig. 4.4 Configuracion del dispositivo 79Fig. 4.5 Componetes del ControlLogix en red 80Fig 4.6 ControlLogix y PC en red mediante Ethernet/IP 80Fig. 4.7 Ventana principal de RSLogix 5000 82Fig. 4.8 Módulos del ControlLogix 83Fig. 4.9 Elecciòn del controlador, la reviciòn y el chasis 84Fig. 4.10 Carpeta Organizador del Controlador 84Fig. 4.11 Marcar el controlador como maestro 86Fig. 4.12 Agregando modulo nuevo 86Fig. 4.13 Seleccionando los módulos 87Fig. 4.14 Dando de alta el modulo Ethernet

a)Revicion del modulo b) Asignacion de la IP del modulo 88

Fig. 4.15 Módulos que conforman el ControlLogix en RSLogix 5000 88Fig. 4.16 Agregando servodrive y servomotor en la red SERCOS 89Fig. 4.17 Escogiendo el Ultra 3000 89Fig. 4.18 Propiedades de Ultra 3000 90Fig. 4.19 Red SERCOS con Ultra 3000 90Fig. 4.20 Ventana para asociar ejes 91Fig. 4.21 Asignando Nuevo eje 91Fig. 4.22 Escogiendo el EJE en las propiedades del servodrive 92Fig. 4.23 Creando el grupo de movimiento 93Fig. 4.24 Asignacion de ejes al grupo creado GRUPO_1 94Fig. 4.25 Los ejes estan en el grupo creado GRUPO_1 94Fig. 4.26 Propiedades del eje 95Fig. 4.27 Eleccion del servomotor de la serie MPL 96Fig. 4.28 Configuración de unidades 97Fig. 4.29 Entrando en línea con el ControlLogix 98Fig. 4.30 Modo run de operación del ControlLogix 98Fig. 4.31 Propiedades del eje 99Fig. 4.32 Configuración de la conexión del servomotor 100Fig. 4.33 Comando en línea de configuración del servomotor 101Fig. 4.34 Moviendo la flecha del servomotor para sintonizarlo 101Fig. 4.35 Comando en línea de la retroalimentación del servomotor 102Fig. 4.36 Comandos de aviso sobre el giro del servomotor 102Fig. 4.37 Valores de autoajuste del servodrive 103Fig. 4.38 Resultados del autoajuste 104Fig. 4.39 Comandos directos de movimiento en la carpeta organizador 105Fig. 4.40 Comandos directos de movimiento 106Fig. 4.41 Ejemplo de un perfil de control de movimiento 105Fig. 4.42 Agregando el tag al comando de control de movimiento 108Fig. 4.43 Nuevo tag de tipo MOTION INSTRUCTION 108Fig. 4.44 Ubicación de los comandos en el RSLogix 5000 109Fig. 4.45 Comando MSO 110Fig. 4.46 Programa base para utilizar el comando MSO 110Fig. 4.47 Comando MSF 111Fig. 4.48 Programa base para usar el comando MSF 111Fig. 4.49 Comando MASD 112Fig. 4.50 Programa base para usar el comando MASD 113Fig. 4.51 Comando MASR 114

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Fig. 4.52 Programa base para usar el comando MASR 115Fig. 4.53 Comando MAJ 116Fig. 4.54 Programa base para el comando MAJ 118Fig. 4.55 Gráfica de comportamiento del movimiento de cada comando 119Fig. 4.56 Comando MAM 120Fig. 4.57 Programa base para el comando MAM 122Fig. 4.58 Gráfica de comportamiento del movimiento de cada comando 123Fig. 4.59 Comando MAG 123Fig. 4.60 Programación base para el comando MAG 126Fig. 4.61 Gráfica de comportamiento del movimiento de cada comando 127Fig. 4.62 Comando MCD 128Fig. 4.63 Programa base para el comando de control MCD 130Fig. 4.64 Gráfica de comportamiento del movimiento de cada comando 131Fig. 4.65 Comando MRP 131Fig. 4.66 Programa base para el comando MRP 132Fig. 4.67 Comando MGS 133Fig. 4.68 Programa base para el comando MGS 135Fig. 4.69 Comando MGSD 136Fig. 4.70 Programa base para el comando MGSD 131Fig. 4.71 Comando MGSR 131Fig. 4.72 Programa base para el comando MRP 132Fig. 4.67 Comando MGS 133Fig. 4.68 Programa base para el comando MGS 135Fig. 4.69 Comando MGSD 136Fig. 4.70 Programa base para el comando MGSD 137Fig. 4.71 Comando MGSR 138Fig. 4.72 Programa base para el comando MGSR 139Fig. 5.1 Ejes del sevomotor en movimiento 141Fig. 5.2 Los ejes de los servomotores en movimiento 142Fig. 5.3 Encartonadora con ControlLogix y ULTRA 3000 143Fig. 5.4 Maquina Pick & Place con Allen Bradley 144

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INDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Análisis del desafío, solución y resultados de maquinas Fezer 12Tabla 1.2 Dirección IP 21Tabla 1.3 Tipos de direcciones de red 22Tabla 2.1 Módulos de Entrada y salida del ControlLogix 34Tabla 2.2 Descripción de la fuente alimentación de ControlLogix 43Tabla 2.3 Características de servomotor MP 49Tabla 3.1 Características de la toma de corriente de Allen Bradley 56Tabla 3.2 Características de la fuente externa 59Tabla 4.1 Relación de los números que presenta el display del Ultra 3000 99Tabla 4.2 Comandos de estado de movimiento 109Tabla 4.3 Parámetros del comando MSO 110Tabla 4.4 Parámetros del comando MSF 111Tabla 4.5 Parámetro del comando MASD 112Tabla 4.6 Parámetro del comando MASR 114Tabla 4.7 Comandos que producen movimiento 116Tabla 4.8 Parámetros del comando MAJ 117Tabla 4.9 Parámetros del comando MAM 120Tabla 4.10 Parámetros del comando MAG 124Tabla 4.11 Parámetros del comando MCD 128Tabla 4.12 Parámetros del comando MRP 132Tabla 4.13 comandos de grupos de ejes 133Tabla 4.14 Parámetros del comando MGS 134Tabla 4.15 Parámetros para el comando MGSD 136Tabla 4.16 Parámetros para el comando MGSR 138Tabla 5.1 Cotización del equipo del gabinete de control 145

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Resumen. El trabajo comienza con las bases teóricas que se deben tener para utilizar el gabinete de control, teoría básica desde fundamentos de PLC y PAC´s, hasta los elementos que conforman un sistema de control de movimiento.

Se da a conocer el controlador de automatización programable de la familia Allen Bradley: ControlLogix, y se diseña el gabinete de control con los elementos que forman el sistema de control de movimiento.

Se da la tarea de realizar la comunicación entre el ControlLogix y la PC, se conoce el software de comunicación RSLinx y el software de programación RSlogix 5000 de la misma familia Allen Bradley,

En la programación del control de movimiento, se dan a conocer los comandos directos de que producen movimiento y posteriormente se presentan ejemplos de programas base para programar cada comando de control de movimiento a utilizar en el gabinete de control, con estos comandos se crean perfiles de movimientos hacia los servomotores.

Finalmente se presentan los resultados obtenidos durante la implementación del gabinete de control y las aplicaciones industriales donde puede adaptarse el gabinete.

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Introducción. El control de movimiento es sinónimo de automatización, tema actual de infinidad de aplicaciones en la vida diaria, y más enfocado el día de hoy en la industria.

El control de movimiento se define como un sistema, recordando que este es un conjunto con un fin en específico, en este caso el movimiento, se lleva a cabo desde una agrupación de dispositivos por mencionar: el controlador, motores, variadores de velocidades, accesorios mecánicos y el software para las instrucciones del sistema, la variación de estos se lleva dependiendo de las marcas con las que se trabajan y la tarea a realizar.

Los sistemas de control de movimiento se utilizan para aquellas aplicaciones que requieren: precisión, sincronización y control a distancia.

Cabe recalcar que el control de movimiento tiene un sin fin de aplicaciones, como los movimientos de mecanismos, aplicaciones con routers, paletizadores por mencionar algunos.

El objeto del presente trabajo, es el implementar un gabinete con fines de control de movimiento con una de las tecnologías más recientes en el mercado de controladores de la familia Allen Bradley, el cual es utilizado en aplicaciones grandes de tipo industrial, conocer la programación para poder crear ciertos perfiles para los servomotores y llevar a cabo un control de movimiento.

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CAPÍTULO

“Introducción al trabajo de Tesis”

En este capítulo se entregan los puntos importantes que se desarrollan durante este trabajo de tesis, dichos puntos son el objetivo general, el objetivo específico, la justificación, los antecedentes y marco teórico que sostienen la realización de este trabajo de tesis, relacionado con el control de movimiento, el controlador de automatización programable y los dispositivos para realizar el control de movimiento.

CAPÍTULO 1: Introducción al trabajo de Tesis.

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1.1 Objetivo General. Implementar un sistema para aplicaciones de control de movimiento con la integración de un Controlador de Automatización Programable y servodrives.

1.2 Objetivos Específicos. • Conocer que es y para que sirve el control de movimiento y las aplicaciones que se han hecho con esta aplicación.

• Conocer los dispositivos que forman el sistema de control de movimiento, así como sus características y funciones de estos para llevar a cabo el control de movimiento.

• Conocer el controlador de automatización programable y la plataforma ControlLogix de Allen Bradley.

• Diseñar un gabinete de control con la plataforma ControlLogix y los dispositivos de control de movimiento.

• Programar las funciones específicas en el software de programación del controlador para el control de movimiento.

• Conocer y presentar aplicaciones de control de movimiento usando la plataforma de ControlLogix.

1.3 Justificación. Se realiza este trabajo con el objeto de que cuando se tenga la necesidad o el requerimiento, de una aplicación con control de movimiento, se utilice éste sistema para el control de dicha aplicación.

El módulo tiene fines académicos donde los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización o afines, se familiaricen con el uso de este tipo de módulos y las aplicaciones que se puede realizar con un controlador de automatización programable y los dispositivos para tener un control de movimiento y llevar a cabo dichas aplicaciones.

El módulo que se propone a continuación, es didáctico para aplicar lo que se imparte en clases de teoría, relacionado con la programación de PAC`s, comunicaciones industriales y procesos industriales.

El controlador de automatización programable que se maneja es de la familia ControlLogix, de la marca Allen Bradley, plataforma que hoy en día tiene un papel importante en la industria, por lo innovador que tendría este módulo didáctico, al usar está plataforma que es el más reciente de esta familia y que dentro de las instalaciones del laboratorio en ESIME Zacatenco no existe módulos con el objeto del control de movimiento, los estudiantes podrán actualizarse con el uso de este controlador con respecto a los controladores que se tienen en la escuela, por ello al usar este controlador, los alumnos podrán conocer y familiarizarse con las funciones y aplicaciones que tiene este controlador y adquirir experiencia con esta familia de controladores.


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1.4 Estado del Arte. El control de movimiento tiene una gran gama de aplicaciones dentro y fuera de la industria.

Como concepto, el control de movimiento está definido como el conjunto de aplicaciones cuyo funcionamiento se basan en la sincronización entre dos o más ejes [1]. Algunos trabajos que se han realizado sobre este tema se mencionan a continuación.

1.4.1 Integración de la arquitectura KINETIX de Allen Bradley para el control de un brazo articulado CRS A255. En el trabajo desarrollado en [2], se determinó que el deterioro de los controladores de los brazos robóticos conlleva a utilizar nuevas alternativas para la manipulación de esos robots, de esa forma se introdujo la arquitectura KINETIX de Allen Bradley, no solo se logra el objetivo principal que es el de controlar los servomotores que forman el brazo robot, sino que también se puede conectar dentro de una red de control donde se puede encontrar dispositivos como PLC´s ó interfaces de usuarios, es de esta forma que se llevó a cabo una mejor manera de llevar el control respecto al que antes se utilizaba el robot articulado CRS A255 que utilizan como aplicación en [2] .

Los accionamientos motorizados con servomotores proporcionan una muy buena operación a bajas velocidades hasta velocidad cero, con un rango de habilidad alto. Con el dispositivo de retroalimentación adecuado, se obtiene también excelente precisión de posicionamiento. Gracias a estas habilidades los servomotores se usan en aplicaciones como corte, impresión, etiquetado, empacado, manipulación de alimentos, robótica y automatización de fábricas en general [2].

En la figura 1.1 se muestra el brazo articulado CRS A255, está constituido de cinco componentes mayores. La base, hombro, brazo bajo, brazo alto, el brazo tiene cinco grados de libertad (articulaciones): la cadera, hombro, codo, muñeca y su rotador.

KINETIX de Allen Bradley fue la solución para el control de movimiento del sistema antes mencionado, ya que en [2] mencionan el contenido amplio del rango de instrucciones de control, sistema operativo multitarea, soporte múlti procesamiento, y módulo de movimiento SERCOS de alto rendimiento que proporciona interfaz a los servovariadores.

El uso del anillo de fibra óptica fue el único cableado que se utilizó para realizar la conectividad de interfaz entre el control y el manipulador. Esto hizo que se llevará ventaja al KINETIX pues en el trabajo se menciona la eliminación de más de 18 cables discretos por eje, reduciendo significativamente el cableado necesario como el tiempo para realizarlo y costos.


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Fig. 1.1 Brazo robótico A255 mostrando el movimiento de sus articulaciones.

En la figura 1.2 se muestra el brazo robótico internamente, consta de cables laminados que conectan los servomotores con las articulaciones que son las encargadas de mover el brazo..

Fig. 1.2 Servomotores y cableado del sistema robótico.

El anillo de fibra óptica comienza y acaba con el maestro. En la figura 1.3 se ofrece un ejemplo de una red conectada en una topología de anillo utilizada en [2]


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Fig. 1.3 Conexión SERCOS en anillo mediante fibra óptica.

Para llevar a cabo la programación del control de movimiento, era indispensable una serie de instrucciones que realiza diferentes tareas para llevar a cabo el movimiento. Cada instrucción de movimiento necesita un tag de control de movimiento. El tag utiliza un tipo de dato del orden de instrucción de movimiento y guarda el estatus de la información de la instrucción. En la figura 1.4 se muestra un ejemplo de una instrucción de movimiento que se menciona en [2].

Fig. 1.4 Instrucción de Movimiento en RSLogix 5000.

Las instrucciones antes mencionadas, forman parte del software de Allen Bradley, el RSLogix 5000, para aplicaciones como en [2], Rockwell Automation ha facilitado mucho el control de robots al integrar transparentemente Kinematics en la solución de movimiento integrado Kinetix.[2]

Kinematics se implementa en RSLogix 5000 y en los controladores ControlLogix, se pueden habilitar la transformación Kinematics con una instrucción recientemente agregada y luego reutilizar el extenso y conocido conjunto de 158 instrucciones de control de movimiento para programar el robot y los componentes de movimiento de la aplicación. Además, una biblioteca de instrucciones add-on está disponible para simplificar el desarrollo e integración del programa de robots.


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Fig. 1.5 Coordinación de Geometría de un brazo robot.

La plataforma Kinematics de la Fig.1.5, proporciona una solución única e integrada para múltiples disciplinas, elimina los controles de robot y seguridad adicionales, así como software y los bloques de funciones personalizados típicamente necesarios al incorporar un robot en una aplicación.

Kinematics que no es más que transformaciones que permite hacer las relaciones necesarias para pasar un movimiento cartesiano de un eje a un movimiento de una base giratoria de un brazo robótico.

Todo ello reduce considerablemente el tiempo y el costo de diseño y programación. Los fabricantes de maquinaria y los usuarios finales pueden programar fácilmente el robot en simples coordenadas cartesianas, mientras que el controlador se encarga de las transformaciones Kinematics.

En conclusión, en [2] se menciona que se tuvo éxito al utilizar como solución a su problema la arquitectura KINETIX de Allen Bradley, se utilizó como herramienta las conexiones con anillo de fibra óptica para conectar el sistema de control de movimiento, y por supuesto, la programación del control de movimiento como es el RSLogix 5000 y la utilización de Kinematics, herramienta específica para el control de robots como fue en el caso de [2].

1.4.2 Módulo Didáctico para control de movimiento con CompactLogix. Se desarrolla en [1] el diseño y construcción de un tablero de control para aplicaciones de control de movimiento utilizando equipo de Allen Bradley, se menciona en [1] que en la actualidad el uso de servomotores y PLC´s es cada vez más usual en todo tipo de industria como son la industria automotriz, textil, farmacéutica, tabacalera, alimenticia por mencionar algunas.

El proyecto tiene como propósito de analizar y seleccionar los elementos de un sistema de control para la integración de estos y proponer el diseño de un prototipo de control de


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movimiento, el cual será programado mediante una red de comunicación con una PC, y programar los perfiles de movimiento de tres servomotores [1].

En la figura 1.6 se muestra un ejemplo extraídos de [1], donde mencionan las aplicaciones que su sistema de control de movimiento puede incluirse en la industria.

Fig. 1.6 Embotelladora; a) Imagen Física, b) Diagrama de control.

En la figura 1.7 se puede apreciar el equipo que se encarga de realizar el control de movimiento para el proyecto. Es decir al controlador, que como se menciono es equipo de Allen Bradley, en [1] proponen lo que en ese momento era la mejor solución para aplicaciones de control de movimiento, proponen el CompactLogix, mostrado en la figura 1.7

Fig. 1.7 Compact Logix de Allen Bradley.


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No solo es el controlador, aquel que realizará toda la tarea, pues el control de movimiento es un sistema para realizar dichas tareas antes mencionadas, en [1] diseñan un tablero de control donde contiene dicho sistema para fines de control de movimiento, por mencionar es el controlador, los servovariadores y el servomotor. En la figura 1.8 se muestra la propuesta de solución de [1].

Fig. 1.8 Tablero de Control con CompactLogix.

Una vez establecido el tablero de control, se configura el controlador como elemento principal de control, así como la configuración de las tarjetas, las redes industriales que servirán como comunicación para este módulo didáctico con CompactLogix [1].

En [1] proponen su tablero de control como solución en una pequeña aplicación industrial, en la operación de una máquina envolvedora de película plástica.

La explicación que dan en [1] se presenta a continuación: ”La operación de esta máquina es simple, los paquetes son colocados sobre una banda transportadora de alimentación, la cual


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traslada los paquetes hacia el área de corte donde son insertados dentro de una película de plástico esta es proporcionada desde un rollo y envuelve el paquete completamente [1]”.

“La rotación del cortador es sincronizada (mecánicamente acoplada) con la velocidad de la banda de alimentación, y este corta y sella la película en un borde del paquete. Este sello en el borde se convierte en el sello del borde por una segunda banda transportadora a través del túnel de calor, donde, la película de adhiere fuertemente al paquete [1]”.

En la figura 1.9 se muestra un diagrama de dicha maquina, el rollo de película plástica y el mecánico de aplicación son excluidos en la figura ya que solo se pretende mostrar los ejes de movimiento a controlar, mismos que son las bandas transportadoras de entrada y de salida así como el cortador.

Fig. 1.9 Diagrama básico de la maquina envolvedora de película plástica.

En [1] proponen el tablero de control con CompactLogix que tenga la capacidad de manipular el movimiento de hasta 4 ejes, sistema de servoaccionamientos con los tres ejes de servomotor y uno más de respaldo. El CompactLogix tiene la capacidad de conectarse a otros procesos si así se requiere. El diagrama a bloques general de solución propuesta se observa en la figura 1.10


10

Fig. 1.10 Diagrama de bloques de la solución propuesta.

Como se aprecia en la figura 1.10, los servoaccionadores deberán de estar controlados por el PLC, ya que estos mismos manipularán la aceleración, velocidad y torque de los ejes de los servomotores [1].

1.4.3 Máquina Fezer; Caso Brasil. La máquina Fezer realiza la producción de planchas de madera, rectificadoras y afiladoras de cuchillas. Las principales industrias en las que Fezer participa son la industria maderera, la industria metalmecánica (fabricación de cuchillas) y la industria de papel y celulosa.

La primera máquina en la que se aplicó la solución de Rockwell Automation, que comprende todo el accionado y control de la maquina, fue una rectificadora modelo MR500 de cinco metros de longitud útil y con una mesa de fijación doble. En la figura 1.11 se muestra un ejemplo de la máquina Fezer.

Fig. 1.11 Ejemplo de una maquina Feze

Con la mínima intervención del operario, se puede realizar lo siguiente:

1.- Avance de la ronda: mediante e! servomotor y el comando por PLC, que permite:

• La programación de parámetros de trabajo por medio de PLC y HMI.


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• La programación del número de pasadas para acabado, sin avance de la muela;

• El inicio del funcionamiento desde una posición preestablecida. La muela desciende hasta la posición programada y comienza las pasadas automáticamente desde ese punto;

• El avance de la muela de manera manual (por impulse) permite avanzar o retroceder la muela por medio de botones.

2.- Variación de velocidad de la muela: mediante el variador de frecuencia que permite la variación de giro de la muela y parámetros flexibles en el funcionamiento de pulido o acabado.

3.- Variación de velocidad de avance del vagón: mediante el servomotor que permite la variación continua y precisa de la velocidad de transpone del vagón, Lo que asegura una gran precisión en su funcionamiento y parámetros flexibles en el funcionamiento de pulido y acabado.

Como solución a lo antes descrito, se presenta en la figura 1.12 la solución del sistema de control de movimiento para el control de la máquina Fezer.

Fig. 1.12 Solución propuesta de Rockwell Automation para máquinas Fezer.

En conclusión, el proyecto antes mencionado los llevo al siguiente análisis, donde con su problema, proponen la solución y los resultados obtenidos al aplicar dicha solución, lo anterior se muestra en la Tabla 1.1


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Tabla 1.1 Análisis del desafío, solución y resultados de maquinas Fezer.

Desafío Solución Resultados

Aumentar la competitividad de

las máquinas Fezer en el

mercado mundial, por medio

de la modernización del

sistema de accionamiento y

control de esas máquinas.

• Controles CompactLogix.

• Servovariadores

Kinetix 6000.

• Variador PowerFlex 753.

• PanelView 400

• Interruptor Stratix 8000.

Máquinas más competitivas a nivel mundial por ser más ágiles, flexibles, seguras y productivas y por requerir una intervención mínima del operario.

Finalmente, en el desarrollo se esta propuesta, se obtiene mejores resultados respecto al uso que con anterioridad se manejaba las máquinas Fezer, mejorando productividad, seguridad y una automatización completa para disminuir la intervención de un usuario.

Como se mostró en los tres casos, proponen soluciones con la tecnología innovadora de Allen Bradley, utilizando por supuesto el sistema de control de movimiento que la marca ofrece, en el tiempo de desarrollo de los trabajos mencionados, proponían como solución al CompactLogix, PAC de pequeñas aplicaciones y que forma parte del sistema de control de movimiento para aquellas aplicaciones donde se requiera llevar el control de parámetros como velocidad, aceleración y la posición y ejecutar el movimiento de servomotores que controlan las aplicaciones donde se es requerido.

1.5 Marco Teórico. El Controlador de Automatización Programable (PAC) es un dispositivo de control, con mayor avance, más robusto, físicamente el PAC es un PLC, pero una de las cosas que lo hacen diferente no es el hardware, sino el software y el uso de aplicación que éste tenga.

El PAC al igual que el PLC cuenta con entradas y salidas, fuente de alimentación, CPU, módulos de comunicación, etc, al igual que el PLC.

1.5.1 El Antecesor del PAC: el PLC. Cuando se busca una definición sobre el PLC, nos dará como resultado que es un Controlador Lógico Programable, producto de una nueva generación del control llevado por relevadores en aplicaciones industriales.

Las primeras aplicaciones del PLC se desarrollaron alrededor de 1968, como un a iniciativa del poderoso fabricante de automóviles General Motors, con esta solución se reemplazaron los relevadores mecánicos en los tableros de control secuencial que se utilizaban en los procesos de manufactura [7].

El PLC, forma parte del lazo de control como el controlador, posteriormente, este mismo fue cambiando conforme a las necesidades de los procesos, aquellos componentes de control


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debían satisfacer esas necesidades con respecto al nivel de exigencia, es por ellos que el PAC,es la evolución del PLC.

Se sabe que un PLC tiene herramientas de software y hardware, para el control de dispositivos externos, reciben señales de sensores y toman decisiones de acuerdo a una programación que se elabora según del esquema del proceso a controlar,

El autómata es capaz de almacenar instrucciones, tales como: secuencias, temporizadores, controladores, aritmética, manipulación para controlar máquinas industriales y procesos. En la figura 1.13 se muestra la arquitectura interna de un PLC.

Fig. 1.13 Arquitectura Interna de un PLC.

El PLC es un dispositivo que está compuesto por varios módulos para su utilización y aplicación, los módulos que componen al autómata se presentan a continuación.

1.5.1.1 Fuente de poder. Realiza mediante la toma de corriente alterna la alimentación para todo el dispositivo, así como la CPU y las tarjetas conectadas a el, el voltaje utilizado comúnmente a las tarjetas de un PLC es de 5VCD. Se trata de un convertidor CA/CD para la alimentación del dispositivo.

En la figura 1.14 se muestra un ejemplo de la fuente de alimentación de un PLC.

1.5.1.2 CPU. Es considerada la más importante, pues en ella lleva integrado un microcontrolador cuya función es realizar operaciones matemáticas, manejar información y ejecutar rutinas de diagnósticos para gobernar las actividades del sistema, y se localiza en una memoria (normalmente del tipo EEPROM) en donde se ejecuta el programa y realiza las tareas enviadas a las tarjetas de E/S .

El programa de usuario consiste en una serie de instrucciones que representan el proceso del control lógico que debe ejecutarse, para poder hacer este trabajo, la unidad central de proceso debe almacenar en localidades de memoria temporal las condiciones de las variables de entrada y variables de salida de datos más recientes. En la figura 1.5 se presenta un ejemplo de CPU de PLC.


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Fig. 1.14 Ejemplo de una Fuente de poder marca SIEMENS.

Fig. 1.15 Ejemplo de CPU.

La memoria de sistema es el área en la CPU donde todas las secuencias de instrucciones o programas son almacenadas o ejecutadas por el procesador para mandar la señal de control deseada a los dispositivos de campo.

Las secciones de memoria que contienen el programa de control puede ser cambiado, ò reprogramado, para adaptar el procesamiento de la línea de manufactura o requerimiento del nuevo sistema. El sistema total de memoria de un PLC, está compuesto de dos diferentes memorias [4].

Fig. 1.16 Sistema de memoria.


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Memoria de ejecución. Es una colección de programas almacenados y considerados propios de los PLC`s. Estos programas supervisores de la actividad del sistema, tal y como la ejecución del programa de control y comunicación con dispositivos periféricos. La sección de ejecución es la parte de la memoria del PLC donde están almacenadas las instrucciones de software, instrucciones básicas, funciones de transferencia de bloques, instrucciones matemáticas, etc. Esta área de memoria es no accesible por el usuario.

Memoria de Aplicación. Provee un área de almacenamiento para las instrucciones programadas, por el usuario, por el usuario que forman parte del programa de aplicación. El área de la memoria de aplicación está compuesta de varias áreas cada una con una función y uso especifico.

1.5.1.3 Módulos de Entrada y Salida (E/S). Los módulos de Entrada y Salida (E/S), se comportan como circuitos multiplexores de alta velocidad, que permiten la interacción y el intercambio de las señales de entrada y salida con el CPU [7].

Los módulos de E/S hacen el papel de interface, que entre sus tareas principales están las de adecuar los niveles eléctricos tanto de los sensores como de los actuadores o elementos de potencia, a los valores de voltaje que emplea el microcontrolador. Es una parte importante del PLC, pues con la suma total de estos, se puede saber la capacidad del PLC, se trata de unas tarjetas o también llamadas Módulos, en donde le llega la señal del proceso a controlar al PLC (Entradas; encargados en adaptar y codificar las señales procedentes del proceso hacia el CPU) y el PLC las transmite ya con las instrucciones dadas dentro de la CPU para aplicar el control (Salidas; estas son los dispositivos a controlar en el proceso de lógica a relés, ellos pueden ser: Arrancadores y Solenoides).

Para que los módulos de entrada o salida lleven a cabo la tarea de aislar eléctricamente al microcontrolador, se requiere que este no se tenga contacto físico con los bornes de conexión ya sean de los sensores o actuadores, con las líneas de conexión que se hacen llegar a los puertos de entrada o salida del microcontrolador [11].

La función de aislamiento radica básicamente en la utilización de un elemento opto acoplador, a través del cual evita el contacto físico de las líneas de conexión que están presentes en la circuitería, el dispositivo opto acoplador está constituido de la siguiente manera. Internamente dentro de un encapsulado se encuentra un diodo emisor de luz (led) que genera un haz de luz infrarroja, y como complemento también junto al led infrarrojo se encuentra un fototransistor. Cuando el led infrarrojo es polarizado de forma directa entre sus terminales, este emite un haz de luz infrarroja que se hace llegar a la terminal base del fototransistor, el cual una vez que es excitada la terminal de la base hace que el fototransistor entre en estado de conducción, generándose una corriente eléctrica entre sus terminales emisor y colector, manifestando una operación similar a un interruptor cerrado.

Por otra parte, si el led infrarrojo se polariza de manera inversa el haz de luz infrarroja se extingue, provocando a la vez que si en la termina base del fototransistor no recibe este haz de luz, no se genera corriente eléctrica entre sus terminales de emisor y colector, manifestando un funcionamiento semejante a un interruptor abierto [11]. En la figura 1.17 se muestra el ejemplo opto acoplador por fototransistor.


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Fig. 1.17 Opto acoplador por fototransistor

Una señal eléctrica es una representación en magnitudes de valores eléctricos de alguna información producida por un medio físico [10]. Por lo que, existe diferentes señales eléctricas en los módulos analógicos y discretos.

La señales discretas están representadas por un “1” ó un “0” En las entradas discretas encontramos de dos tipos: 24 VCD y 120 VCA, mientras que las salidas discretas hay de tres: 24 VCD, 120 VCA (de tipo triac) y de tipo relevador (para cargas más altas).

Para las señales analógicas, encontramos que solo son de dos tipos, de 4 - 20 mA y de + 10 V y -10 V, tanto entradas como salidas.

El trabajo de un PLC se lleva a través de un proceso, como el que se muestra en la figura 1.18.

Otra clasificación a recalcar y es básico saberlo de un PLC es que hay de dos tipos, que sean modulares (que se puede expandir mediante sus módulos de E/S) ó que sean Compactos (un solo dispositivo sin extensión ò en su caso, extensión limitada).


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Fig. 1.18 Actividades de un PLC.

1.5.1.4 Las comunicaciones y las redes. Los PLC´s se comunican con otros equipos mediante ciertos protocolos inmersos en el equipo, o agregados mediante circuitos de E/S. Los que más se utilizan son: RS-232, RS-422, RS-485, RS-423, MAP 802.4, RS-449, Ethernet Industrial y protocolos propietarios diseñados por el fabricante [7].

En la actualidad, ninguna de las normas internacionales de comunicación satisfacen plenamente el modelo OSI que se muestra en la figura 1.19; aún así, existen soluciones capaces de ofrecer un alto grado de apertura y facilitan la integración de los dispositivos de medición y control industrial, por ejemplo: DeviceNet, Modbus, Profibus-DP, Interbus,


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LonWorks y recientemente Ethernet Industrial, son normas internacionales, por la gran base instalada que poseen [7].

Fig. 1.19 Modelo OSI

Los PLC´s se estaban integrando a sistemas de control de mayor complejidad denominados:”controladores híbridos”. Se les llama así porque satisfacen las necesidades del control discreto, operación típica de los PLC´s y el control continuo, tradicionalmente encomendado a los sistemas de control distribuidos DCS (pos sus siglas en inglés) [7].

Tienen compatibilidad con la mayoría de los protocolos modernos como DeviceNet, Modbus, Profibus y Ethernet Industrial, por mencionar algunos.

La denominación de “PAC”, reemplaza a la de “control híbrido”, que fue un término poco preciso para reflejar las funciones extendidas de los PLC´s de reciente generación.

A continuación se conocerá a detalle la definición, así como funciones que tiene un PAC, ya que este dispositivo es un componente relevante durante este trabajo.

1.5.2 El Controlador de Automatización Programable. El PAC, por sus siglas en ingles, no es más que la nueva generación del PLC, y como se comento anteriormente, físicamente es similar a un PLC con la diferencia de software, a continuación se dará las definiciones de un PAC, sus ventajas y usos en la industria.

Como una definición del PAC tenemos: “Funcionalidad de dominios múltiples que en una plataforma simple incluye aplicaciones para funciones lógicas, control de movimiento, accionadores (drives) y control de procesos” [4].


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Plataforma de desarrollo sencillo que incorpore un sistema de identificación común y una base de datos única [4].

La demanda de los usuarios por sistemas abiertos y los avances tecnológicos recientes han estimulado la fabricación de dispositivos con microprocesadores que sean más rápidos, los PLC se modernizaron hasta tener un papel de desempeño mucho mayor a lo que en un principio se tenía contemplado.

Ahora los PLC`s proveen, entre otras características, una construcción más robusta, interfaces abiertas, desempeño multifuncional, arquitectura modular distribuida y software de programación y configuración integrada. Aunque se confiaba a proveer soluciones para aplicaciones discretas ahora son capaces de ofrecerlo para el control de procesos continuo, como por ejemplo algoritmos de PID y lógica difusa.

Es por ellos, que la definición de PLC ya no reflejaba todas las funcionalidades que son capaces de proveer los equipos de última generación [4].

Los PLC´s tradicionales solamente se pueden controlar mediante lenguajes de programación propietarios, mientras que los PAC´s se operan a través de estándares comunes a las tecnologías de información (IT) tales como OPC y XML [4].

1.5.2.1 Diferencia entre PLC y PAC. La principal diferencia son los fundamentos sobre los que se construyen, mientras que las capacidades de los PLC´s están ligadas a un hardware específico y no pueden ser fácilmente transportadas de un PLC a otro, la funcionalidad del PAC se basa en su máquina de control portátil, de tal manera que cada aplicación se comunica con esta máquina, que se aloja en la parte superior del sistema operativo que el usuario haya escogido, por lo que se necesitan pocos cambios para mover las aplicaciones de un sistema a otro. Debido a que la máquina está separada del hardware y utiliza un sistema operativo común, la plataforma puede crecer y cambiar tan rápidamente como lo requieran las necesidades del usuario. De esta manera, con el PAC se pueden desarrollar en una misma plataforma aplicaciones para el control discreto, control de procesos y control de movimiento de una manera ágil y confiable.[4]

1.5.3 Fundamentos y teoría de la comunicación Ethernet I/P. Este tipo de comunicación adopta el modelo de interconexión de sistemas abiertos, ó OSI por sus siglas en inglés (Fig. 1.19), dicho modelo se define por siete capas: física, enlace de datos, red, transporte, sesión, presentación y aplicación.

Ethernet I/P es la abreviación de: Ethernet, Protocolo Industrial (Ethernet Industrial Protocol, de sus siglas en inglés.) Ethernet/IP ha sido diseñada para satisfacer la gran demanda de aplicaciones de control compatibles con Ethernet. Esta solución estándar para la interconexión de redes admite la transmisión de mensajes implícita (transmisión de mensajes de E/S en tiempo real) y la transmisión de mensajes explícita (intercambio de mensajes). EtherNet/IP es una red abierta que utiliza tecnología comercial ya existente.

Ethernet tiene la característica única de ser una red con una infraestructura activa. Por lo mismo a diferencia de las típicas redes de dispositivos y control, que tienen una infraestructura pasiva, que limita el número de dispositivos que pueden conectar, con


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Ethernet pueden acomodar de un número ilimitado de nodos punto a punto, así el usuario dispone de una gran flexibilidad para diseñar redes que satisfagan sus necesidades actuales y al mismo tiempo facilita la expansión futura de la red con una relación costo/beneficio muy atractiva.[5] EtherNet/IP utiliza:

• IP ( Industrial Protocol ) como protocolo de red

• TCP para mensajes explícitos: Carga/Descarga de programas, instrucción MSG, etc.

• UDP para mensajes implícitos: control E/S, Interlocking, etc.(UDP es varias veces más rápido que TCP)

• CIP (Common Industrial Protocol ) , el protocolo que permite la transmisión de mensajes de E/S en tiempo real e información/transmisión de mensajes entre dispositivos similares.

• Nos permite Configurar, Concentrar y además controlar

• Usa el estándar de vínculo físico y de datos IEEE 802.3 en las capas física y de enlace de datos.

Es decir, que a grandes rasgos, Ethernet/IP es Ethernet estándar más CIP.

La principal diferencia entre Ethernet/IP y Ethernet estándar, es el tipo de hardware utilizado, el equipo para Ethernet/IP está proyectado para funcionar en ambientes agresivos, incluye componentes industriales con categoría, diseñados para funcionar a temperaturas extremas, vibraciones y golpes [3].

Antes, existía funcionalidades que no eran posibles para Ethernet por mencionar: control de E/S por Ethernet, algunas de las ventajas de este protocolo se mencionan a continuación:

• El conocimiento existente sobre Ethernet es muy grande

• Estándar de red bien establecido, la aceptación por parte de clientes es muy buena.

• Fácil acceso a y desde Internet.

• Fácil instalación, resolución de problemas y mantenimiento.

• Soporte mixto de productos 10/100 Mb.

En la figura 1.20 se muestra un ejemplo de la red Ethernet con equipo Allen Bradley.


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Fig. 1.20 Ejemplo de una red Ethernet con componentes Rockwell Automation.

1.5.3.1 Direccionamiento IP Cada equipo que pertenece a la red dispone un identificador único para poder saber a quién va dirigido cada paquete en las transmisiones y quiénes son los remitentes. Como estos identificadores pertenecen al protocolo IP, se denominan direcciones IP. El direccionamiento IP es una de las características fundamentales de la capa de red que permite la transmisión de datos entre host de la misma red o redes diferentes

La dirección IP está formada por 4 bytes de la forma que se muestra en la tabla 1.2

Tabla 1.2 Dirección IP

Dirección IP 192.168.0.1

1er byte 2do byte 3er byte 4to byte

192 168 0 1

La dirección IP de un ordenador debe ser única dentro de la red a la que pertenece, las direcciones IP que se tienen dentro de una LAN son privadas, y las que comunican la LAN con internet son públicas, igualmente, tanto las IP privadas como públicas pueden ser dinámicas (se asigna de manera automática y solo se configura el conjunto de direcciones del servidor) ó estáticas(configurar manualmente la información de red, como dirección IP, mascara de subred y puerta de enlace).


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Con esta dirección IP debemos identificar tanto la red en la que se encuentra el equipo como el equipo concreto. Por este motivo, la organización InterNic (Internet Network Information Center) ha definido tres tipos de redes en función del número de redes y de equipos que sea necesario implementar.

En cada clase hay una serie de direcciones que no están asignadas para que puedan utilizarse en redes privadas, como la de nuestro instituto o la de casa. Dos o más redes privadas pueden utilizar las mismas direcciones, siempre que no estén conectadas directamente entre sí. En la tabla 1.3 se muestran ejemplos de las redes disponibles diferentes.

Tabla 1.3 Tipos de direcciones de red

Clase Número de redes diferentes disponibles

Número de dispositivos para cada red

A 128 16 777 216 B 16384 65 536 C 2 097 152 255

La máscara de subred, indica el número máximo que pueden estar conectados a una red o subred, normalmente la máscara de subred viene asignada por defecto por el propio sistema con el número 255.255.255.0 y, si no existen motivos razonables para cambiarla ,debe dejarse como está. El último número (0), indica que existen 255 direcciones posibles a utilizar en la subred (entre la 0 y la 255) si bien, la primera y la ultima deben dejarse libres.

1.5.4 Fundamentos y teoría del control de movimiento. El propósito general del control de movimiento, es poder controlar alguna, o la combinación de: posición, velocidad, aceleración y torque [8].

El control de movimiento o del inglés Motion Control, es el conjunto de aplicaciones cuyo funcionamiento se basa en la sincronización entre dos o más ejes entre estas destacan:

• Eje eléctrico o Gearbox: seguimiento en velocidad o posición de un accionamiento respecto a otro, con una determinada relación de reducción 1:X (gearbox) o sin ella (eje eléctrico). El resultado es equivalente a una transmisión mecánica entre ambos accionamiento, con lo que se ahorra su montaje, el cual a veces puede ser difícil o simplemente imposible. Además la relación de transmisión entre ejes puede ser alterad sin manipulación sobre la mecánica.

• Manipulación al vuelo (corte, mecanizado, pintura, soldadura, etc): Es decir, sin parar el transporte, por ejemplo detener y arrancar continuamente una cinta transportadora suele ser fuente de problemas y representar pérdidas de tiempo de ciclo. Es mejor realizar las tarea necesarias sobre el producto en movimiento, sincronizando la posición de, la estación manipulada con el paso del producto.


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• Leva electrónica: Un eje se sitúa en una determinada coordenada en función de la posición de un eje maestro. La analogía con las levas mecánicas es evidente, de ahí su nombre, y de echo se suelen programar mediante la introducción de las coordenadas equivalentes en una leva mecánica.

1.5.4.1 Componentes del control de movimiento. Un sistema de control de movimiento consiste de cinco principales componentes: el dispositivo mecánico que se está moviendo, el motor (servo o por pasos) con retroalimentación y E/S de movimiento, el amplificador, el controlador inteligente y el software de interfaz de programación/operación [6].

Dichos componentes se pueden observar en la imagen 1.21.

Fig. 1.21 Estructura General de Control de movimiento

En la figura 1.22, se muestra el diagrama a bloques de los componentes del control de movimiento, de otra perspectiva diferente vista en la figura 1.21.

Fig. 1.22 Diagrama de bloques de un sistema de control de movimiento.


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El sistema puede además contener otros componentes tales como uno o más guías lineales accionadas por correas, tornillos a bolas ó tornillo de posicionamiento (ledscrew) o etapas lineares motorizadas.

Un controlador de movimiento hoy puede ser controlado programable autónomo, una computadora personal conteniendo una plaqueta de control o un controlador lógico programable. Actúa como el cerebro del sistema, y calcula el comando para una nueva trayectoria, estas trayectorias son usadas para determinar el comando apropiado de torque para enviar al amplificador y este hacia el motor, provocando al fin, el movimiento.

Existen muchos perfiles de movimiento, por mencionar algunos, tenemos: lineal, trapezoidal, sinusoidal, cubica, curca s, etc. Pero las más típicas o mejor conocida se presentan a continuación.

• Perfil Trapezoidal: está compuesto por tres secciones, una es la fase de aceleración(la velocidad aumenta definida por el índice de aceleración hasta alcanzar la velocidad objetivo), continua la fase de velocidad(ésta se mantiene constante hasta el punto de reducción) y termina en una fase de desaceleración(la velocidad disminuirá entonces definida por el índice de desaceleración hasta parar), este tipo de perfil se ejemplifica en la figura 1.23.

Fig. 1.23 Perfil Trapezoidal.

• Perfil Curva S: Está compuesto por siete secciones, de las cuales, cuatro son de tipo tirón(ó jerk), es decir que ante un cambio de fase de tipo trapezoidal como el anterior mencionado, éste es cambiado por una curva suave , que es lo que diferencia de este tipo de perfil al anterior mencionado también una sección de aceleración, una de velocidad constante y otra de desaceleración. Este perfil puede ser apreciado en la figura 1.24.donde los jerks podrán denotarse de color más obscuro y verse allí, la curva suave o de tipo s.


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Fig. 1.24 Perfil de tipo curva s.

El amplificador o servodrive, es la parte del sistema que toma los comandos controladores de movimiento en la forma de señales analógicas de voltaje con baja corriente, las convierte en señales con corrientes altas para controlar el motor. En la figura 1.25 se muestra un ejemplo de un servodrive, donde se podrá notar sus partes y que a continuación se describen las más importantes.

Fig. 1.25 Ejemplo de un servodrive con sus partes mencionadas.


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Se describe sus partes a grandes rasgos a continuación:

• Display: Muchos servos incluyen una pantallita o Display para informar del estado del servo así como posibles anomalías.

• Entrada potencia: La entrada de potencia (desde la red eléctrica, previo paso por filtros si fuera necesario), aporta la energía necesaria al Drive para que posteriormente rectificada y troceada sea entregada al motor.

• Salida potencia: La salida de potencia es la que alimenta al motor, es por donde la onda PWM, de alta potencia será conducida para hacer girar el motor según velocidad y par comandados.

Por tratarse la señal PWM de una señal de alta frecuencia y alta potencia, existe la posibilidad de que ondas radiadas afecten a otros equipos adyacentes. Para evitar este problema deben seguirse las instrucciones de montaje e instalación del fabricante del equipo, un mal apantallamiento o aislamiento de estos cables es la causa de numerosos problemas de ruido eléctrico de difícil diagnosis y en ocasiones difícil solución [9].

• Comunicaciones Serie: Pese a que hoy en día la mayoría de los servos presentan versiones con Buses de Motion Control Digitales, lo cierto es que existen muchas aplicaciones que se siguen solucionando con consignas analógicas o de pulsos.

Para poder configurar dichos servos se acostumbra a dotar al servo de un puerto de comunicaciones serie. En el pasado estos solían ser RS-232 o 422, pero en la actualidad muchos servos de nueva generación vienen provistos de puertos serie USB, que permiten una comunicación mucho más rápida con el equipo.[9]

• Entradas y salidas E/S: Todos los servos necesitan interactuar con su entorno, en función de la naturaleza del servo y de la disponibilidad de un bus de control de motion, los servos vendrán provistos de más o menos entradas. Un poco ya orientado a este trabajo, lo que se utilizara como entrada al servodrive, serán los comandos que vendrán desde la tarjeta sercos para los accionamientos de control de movimiento hacia el servomotor.

• Realimentación del encoder del motor: Esta entrada es necesaria para un control preciso del motor, es imprescindible para poder cerrar el lazo de velocidad y, en la mayoría de las aplicaciones también se utilizará para cerrar el lazo de posición [9].

Independientemente del software, que éste varia respecto al proveedor que se utilice para las aplicaciones del control de movimiento , falta el elemento en el que se aplica el control de movimiento, es decir al servomotor, sin dejar atrás al encoder, que éste ya viene en algunos casos, dentro del servomotor.

El encoder, no es más que el sensor que genera señales digitales en respuesta al movimiento.

Están disponibles en dos tipos, uno que responde a la rotación, y el otro al movimiento lineal. Cuando son usados en conjunto con dispositivos mecánicos tales como engranajes, ruedas de medición o flechas de motores, estos pueden ser utilizados para medir movimientos lineales, velocidad y posición.

Con este dispositivo, se puede realizar la realimentación en las aplicaciones de control de movimiento, que anteriormente se ha mencionado.


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El último componente como se mencionó es el servomotor, que en la figura 1.23 se mostro en el diagrama de bloques, seria la representación del actuador, que generalmente son motores lineales ó rotativos.

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señal codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y por supuesto, en robots.

Al estar hablando de términos de “servo”, es claro afirmar que se maneja con el termino de retroalimentación, ésta es la recuperación de la información sobre el proceso que se controle, para este trabajo dicho proceso es un servomotor (el que se va a controlar), se sabe, que existen dos tipos de retroalimentaciones, la primera es negativa, y con la que mejor se debe trabajar, pues ayuda a disminuir el error y que el servo trabaje correctamente para inducir una acción que causa que la salida se esclavice a la entrada, contraria a la retroalimentación positiva, que aumenta dicha señal de error.

Un servomotor funciona de la manera siguiente: El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura 1.26 se puede observar al lado derecho del circuito. Este potenciómetro, permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor.

Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto .Así es el funcionamiento principal del servomotor.

Fig. 1.26 Electrónica que compone un servomotor.

Por último, cabe recalcar que las tareas de movimiento generalmente son críticas y a menudo operan máquinas que pueden dañar a seres humanos. Por lo tanto, se requieren funciones de seguridad como conmutadores de límite y canales de E/S, para obtener información de estatus y ejecutar rutinas de apagado.


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Hasta el momento, se ha descrito y parte de ello explicado, la parte teórica que sustenta este trabajo de tesis, como se ha mencionado anteriormente, este trabajo tiene el objeto de implementar y rehabilitar una estación de trabajo, en el cual tiene un sistema para fines de control de movimiento, a continuación se describe dicho sistema y se propone la solución a dicho sistema de control de movimiento.

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CAPÍTULO

“El controlador de automatización

programable y los dispositivos de control de movimiento”.

El control de movimiento se lleva a cabo desde un conjunto de dispositivos para realizar dicha tarea, en este capítulo se describe el equipo a usar para este trabajo, éste se compone por el controlador y las módulos de E/S y de comunicación, así como los servodrives y servomotores que en conjunto formarán el sistema de control de movimiento.

CAPÍTULO 2: El controlador de automatización programable y los dispositivos de control de movimiento.

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2.1 El PAC de Allen Bradley. Se marcó fundamentalmente las bases de un controlador de automatización programable, este dispositivo esta en el mercado en una gran variedad de marcas de empresas distribuidoras, por mencionar algunas: Siemens, ABB, Allen Bradley, Schneider, entre otros.

Algunas de las marcas antes mencionados, son equipos que se tiene en los laboratorios pesados 1, este trabajo se delimita al PAC de Allen Bradley de Rockwell Automation, porque es una marca que aunque es muy reconocida mundialmente, muestra calidad y eficiencia en sus proyectos, además proporciona la información necesaria para el uso de sus equipos, es un equipo con el que se puede introducir al mundo del PAC y mas allá, en la industria.

El PAC con el que se trabaja en este proyecto, es el ControlLogix, el más reciente de la familia de Allen Bradley, con este dispositivo se puede realizar aplicaciones como control distribuido, control de movimiento, por mencionar algunas aplicaciones, lo que hace diferencia entre el PAC y PLC. En la figura 2.1 se muestra el gabinete de control con el que se trabajará y que contiene el sistema de control de movimiento que a continuación se describe.

Fig. 2.1 Tablero de control con ControlLogix.

ControlLogix

ULTRA 3000

Servomotor


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2.2 ControlLogix. Dentro de la plataforma Logix se encuentran controladores como el CompactLogix, FlexLogix, SoftLogix y el que se utiliza en el desarrollo de este trabajo, el ControlLogix.

Con este controlador, se pueden realizar aplicaciones de movimiento, secuenciales, de transporte en donde se requiere gran velocidad de procesamiento, ya que el CompactLogix, es de uso general, de tamaño reducido y de aplicaciones pequeñas.

El ControlLogix es un Autómata programable de gran velocidad de procesamiento, una red de comunicación, el dispositivo permite el control secuencial de un proceso, de transporte y movimiento. Debido a la estructura modular que tiene permite la adquisición de los componentes necesarios para las etapas de control que se deseen ejecutar, así como el uso de procesadores, componentes de comunicación y bloques de entradas y salidas dentro de la misma unidad.

Las características del ControlLogix lo convierten en el controlador ideal para sistemas donde se requiere un amplio rango de comunicación y facilidad de mantenimiento, lo cual es posible a través de la capacidad de remoción e inserción bajo suministro de energía de los módulos reduciendo el tiempo necesario para reparaciones de cualquier tipo

Fig. 2.2 ControlLogix de Rockwell Automation.

Un sistema ControlLogix está formado por un controlador independiente y módulos de Entradas y Salidas, así como módulos de comunicación empotrados en un chasis listo para ser montados en un gabinete de control.

La imagen 2.3 muestra un ejemplo de una arquitectura típica del uso de un ControlLogix.


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Fig. 2.3 Arquitectura típica de un ControlLogix.

En la elección de un PAC modular, se empieza con la elección de las tarjetas que conformarán ese PAC, independientemente del tipo o de la marca es la manera en cómo se inicia esta selección, para este trabajo se está trabajando con un PAC ControlLogix 5561 de la familia Allen Bradley, cuya iniciativa de selección de módulos se puede apreciar en la figura 2.4.

Paso 1: Selección de Módulos de E/S

Paso 2: Selección de Módulos de Movimiento


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Paso 3: Selección Módulos de Comunicación

Paso 4: Selección de CPU

Paso 5: Selección del Chasis

Paso 6: Selección de Fuente

Fig. 2.4 Selección de Módulos de ControlLogix

Basándose en el orden se selección que Allen Bradley propone para este PAC, se iniciará la descripción del ControlLogix 5561 del gabinete de control que se mostro en la figura 2.1.

2.2.1 Módulos de entrada y salida del ControlLogix 5561. En el gabinete de control se tiene las siguientes tarjetas de entrada, así como de salida que se muestra en la tabla 2.1:


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Tabla 2.1 Módulos de Entrada y salida del ControlLogix

No. Catálogo Tipo de Módulo Tipo de Señal

1756 – OB16E/A Salida Digital DC

1756 – IB16I/A Entrada Digital DC

El módulo de salida digital, que tiene el número de catálogo 1756-OB16E/A, tiene una serie de características que se consideran “ventajas” con respecto a otro tipos de módulos de salida común, por mencionar que cuenta con un fusible internamente, ahorrando así la necesidad de una clema con fusible, generando ahorro en tiempo de cableado y menor costo, utiliza una fuente de corriente directa para el cableado, pues se ha de recordar que su tipo de señal es digital de 24 VCD.

En la figura 2.5 se muestra el esquema del módulo para su cableado adecuado que Allen Bradley propone:

En la figura 2.5 se aprecia la conexión adecuada para el módulo, se puede apreciar también que (y como en su número de catálogo lo indica) es un módulo de 16 salidas, es decir que este módulo es capaz de controlar 16 diferentes dispositivos independientes, se aprecia también que como requerimiento de conexión eléctrica, es necesaria un fuente de CD, la cual antes mencionada se trabaja con un fuente de 24 VCD, e incluso, indica como ejemplo la manera en que se pueda conectar cada diferente salida independientemente.

Fig. 2.5 Diagrama de conexión para el módulo 1756-OB16E


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La figura 2.6 muestra la pantalla frontal del módulo de salida. Donde se aprecia la indicación de las 16 salidas, la integración del fusible y que es un módulo de corriente directa.

Fig. 2.6 Pantalla frontal.

Entre otras características que éste módulo ofrece, trabaja un rango de voltaje de 10 a 32 VCD, el consumo de corriente es a 5.1 v de 250 mA, y para 24v de 2 mA, opera a una temperatura de 0 a 60 °C. [12] El esquema simplificado del módulo se muestra en la figura 2.7.

Fig. 2.7 Esquema Simplificado del módulo de salida.

El módulo de entrada digital, que tiene el número de catálogo 1756 – IB16I/A , es un módulo de 16 entradas, es decir, recibe hasta 16 diferentes señales de entrada de tipo digital de corriente directa, es decir de 24 VCD , en la figura 2.8 se muestra el esquema de conexión que Allen Bradley propone.


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Fig. 2.8 Diagrama de conexión para el módulo 1756-IB16I

A diferencia de módulo antes descrito, este no cuenta con un requerimiento de conexión de fuente externa, pues es un módulo de entrada, y solo manda esas señales al microcontrolador, para su cableado, es requerido de clemas pero solo de paso y no de tipo fusible como en el módulo antes descrito. En la figura 2.8 se ejemplifica las entradas que se pueden conectar al módulo, los bornes que no se deben usar en dicho módulo y como característica primordial de cableado, muestra el diagrama que los bornes del 2 al 36 (en números pares) sean puenteados para el común y cierre del circuito, se puede hacer con cable o con un “jumper” que el mismo diagrama propone.

La figura 2.9 muestra la pantalla frontal del módulo que indica las 16 entradas.


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Fig. 2.9 Pantalla frontal del módulo de entrada.

Entre las características principales el módulo se encuentra que, el rango de operación en voltaje es de 10 a 30 VCD, con un voltaje de entrada nominal de 24 VCD, el consumo de corriente a 5.1 VCD es de 100 mA y a 24 VCD es de 3 mA, la temperatura de operación es de 0 a 60 °C, el esquema simplificado del módulo se muestra en la figura 2.10.

Fig. 2.10 Esquema simplificado del módulo.

En la figura 2.11 se muestra el bloque de terminales para los módlos de E/S.

Módulo de E/S Terminal de bloques

Fig. 2.11 Módulo de E/S y su terminal de bloqu


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2.2.2 Módulo de movimiento SERCOS. El modulo SERCOS (Sistema de comunicación serial en tiempo real), cuyo número de catálogo es 1756-M03SE/A, es un bus digital de control que interconecta el control de movimiento, drives, entradas y salidas, sensores, actuadores y sistemas. Esta es una interface abierta de control inteligente digital para dispositivos diseñada para comunicaciones serial de alta velocidad de datos estandarizados lazos cerrados en tiempo real a través de un anillo de fibra óptica inmune al ruido o cable Ethernet/IP [13].

Reduce en gran medida los problemas de conectividad en sistemas de control y es a través de este módulo, donde los variadores de velocidad o servodrives estarán conectados y a través del PAC, se llevara a cabo el control de movimiento. En la figura 2.12 se muestra la imagen del módulo SERCOS.

Fig. 2.12 Modulo SERCOS ControlLogix.

SERCOS permite el uso de unidades de control y drives de diferentes marcas en un mismo sistema, por medio de la estandarización de todos los parámetros de datos. Es compatible con los siguientes servodrives de la misma familia de Allen Bradley:

• 2093 Kinetix 2000 servodrive



• 2098 SERCOS Ultra 3000 servoaccionamiento.

Entre otras características que presenta éste módulo, es que soporta como máximo 16 drives, controla torque, velocidad y posición, trabaja en 5.1 VCD a 760 mA y a 24 VCD a 2.5 mA. utiliza un sólo slot en el chasis al igual que cualquier módulo de E/S, opera a una temperatura de 0 a 60°C.

El módulo SERCOS que se utilizará durante este trabajo es de 3 ejes, es decir que controla hasta 3 servomotores, la conexión que este módulo utilizara para la comunicación entre éste y sus servodrives, es a través del cable de fibra óptica, en la parte inferior del módulo se encuentra las conexiones de transmisor y receptor como se muestra en la figura 2.13.


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Fig. 2.13 Conexiones de receptor y transmisor con cable fibra óptica.

2.2.3 Módulo de Comunicación Ethernet/IP. En Allen Bradley, la serie que se usa sobre esta comunicación es el modulo 1756-ENET/B.

El módulo 1756-ENET/B realiza dos tareas principales:

• El control de datos de E/S en tiempo real (también conocido como “mensajes implícitos”, en combinación con un controlador Logix. El módulo Ethernet puede servir de adaptador que interconecta los módulos de E/S o bien como escáner que envía y recibe datos entre el controlador y la red [14].

Fig. 2.14 El módulo Ethernet puede servir de adaptador que interconecta los módulos de E/S.

• Compatibilidad de datos de mensajes para la información de configuración y programación, interfaces de operador, etc.(también conocida como “mensajes explícitos”) [14].


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La figura 2.15 muestra la manera de identificar las partes del modulo 1756-ENET/B de Ethernet/IP.

Fig. 2.15 Identificacion de las caracteristicas del modulo Ethernet/IP.

Para cablear el conector Ethernet, se utiliza un conector AUI o RJ45 para conectarse a la red Ethernet, se muestra a continuación la manera correcta de cablear el conector.

Fig. 2.16 Cableado correcto del conector Ethernet/IP.


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En este caso, la conexión que se utilizará en el trabajo será con las terminales RJ45 y cable UTP, el cable se armará independiente de la distancia a usarse, el tipo de cableado que llevara dicho cable será cruzado por la comunicación entre PAC y PC.

2.2.4 Módulo CPU. En ControlLogix, la CPU está identificada en función a las características del procesador, de este derivan los números como 5550, 5561, 5567 por mencionar. En este caso la CPU es de la serie 5561, cuyo número de catálogo es 1756-L61/B.

La CPU hace toda actividad de tareas y se cargan los programas con las tareas asignadas para enviarlas a los interfaces de salida. En la figura 2.17 se muestra la imagen del módulo.

Fig. 2.17 CPU de ControlLogix. Logix 61.

El CPU del ControlLogix es parte de la familia de los controladores Logix 5000, lo cual este sistema incluye lo siguiente:

• El CPU del ControlLogix dispone en diferentes combinaciones de memoria para el usuario.

• Software de Programación RSLogix 5000.

• Los módulos de E/S de la serie 1756, residen en un chasis 1756.

• Los módulos de Comunicación son independientes para la red de comunicación.

Entre las principales características del módulo se encuentra que, cuenta con comunicación como Ethernet/IP, Device Net, Control Net, cuenta con un puerto serial RS-232, módulos de movimiento analógico y SERCOS, y soporte programación mediante bloques, instrucciones y la conocida, la programación en escalera lógica, el controlador L61 soporta 2MB de memoria, y 478 KB para memoria de E/S, soporta hasta 128,000 E/S tanto digitales como analógicas, trabaja con un voltaje de 5.1 VCD a 1200 mA, y en 24 VCD a 14 mA, ajustable en el chasis con un sólo slot, opera a una temperatura de 0 a 60 °C, soporta hasta 25 controladores conectados y hasta 32 tareas soporta este controlador.


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Cabe mencionar que la memoria del L61 es volátil, es decir que al interrumpir la energía se borrará todo contenido en ella, para la protección de la información se llega a la necesidad de utilizar una memoria externa no volátil que es protegida por una pila para que no se pierda la información en la memoria, dicha memoria podría verse como una “USB”, donde toda información guardada en ella se queda y al cambiarla de CPU para otro controlador, se podrá visualizar la información que antes se tenía en el anterior controlador. Por cuestiones didácticas del equipo, es que el tipo de memoria que contiene el L61 es volátil y no cuenta con la pila de protección.

2.2.5 Fuente de Alimentación. Esta es la unidad que suministra la energía para alimentar el rack donde van empotrados los módulos de entrada, salida, módulos de comunicación y la CPU. En algunas fuentes pueden tener diferentes derivaciones en cuanto a la salida de su voltaje y/o amperaje dependiendo de las necesidades del usuario y/o su aplicación en campo. En la figura 2.18 se muestra la imagen del la fuente de la familia ControlLogix.

Fig. 2.18 Fuente de alimentación de ControlLogix.

La fuente suministradora de energía se escoge basándose principalmente en el total de amperes de todos los módulos que forman el PAC, en la tabla 2.2 viene las propuestas de Allen Bradley para la selección de la fuente.


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Tabla 2.2 Descripción de la fuente alimentación de ControlLogix.

No. Catálogo Descripción Categoria Voltaje Rango de Operación de

Voltaje

Chasis

1756-PA72 ControlLogix Estándar AC

120 V / 220 V AC 85..265 VAC SERIE A y B

1756-PA75 ControlLogix Estándar AC

120 V / 220 V AC 85..265 VAC SERIE B

1756-PB72 ControlLogix Estándar DC

24 V DC 18…32 VDC SERIE A y B

1756-PB75 ControlLogix Estándar DC

24 V DC 18…32 VDC SERIE B

1756-PC75 ControlLogix Estándar DC


1756-PH75 ControlLogix Estándar DC


En este caso, se cuenta con una fuente que tiene el siguiente número de catálogo 1756-PA72-B, es decir, que se trata de una fuente de corriente alterna, se alimenta a través de voltaje en CA, y entrega voltajes en directas tales como 1.2 VCD, 3.3 VCD, 5.1 VCD y 24 VCD, opera a una temperatura de 0 a 60°C, su corriente de entrada máxima es de 20 A.

Hasta el momento se ha descrito el PAC que viene integrado en el gabinete de control, como se ha comentado al principio del trabajo el sistema de control de movimiento parte desde el PAC hasta los servomotores.

A continuación se describen los demás complementos que forman el sistema de control de movimiento, haciendo referencia a los servodrives y servomotores que vienen integrados en el gabinete de control.

2.3 Ultra 3000; Servodrive de la familia Allen Bradley.

Se trata de dispositivos que controlan la velocidad de un motor, en este caso son servodrives por que controlan la velocidad de un servomotor.

En Allen Bradley se fabrica servodrives como el Ultra 3000 y para aplicaciones avanzadas el Ultra 5000, para este proyecto se utiliza el Ultra 3000.

A traves del modulo SERCOS es posible llevar el control de movimiento del PAC al ULTRA 3000 sin la necesidad del uso del software que utiliza estos servodrives. El software que utiliza el Ultra 3000 es el Ultraware, pero como se trata de la integración de un PAC a dicho gabinete de control, el software no es necesario para este proyecto.


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Cada servodrive digital Ultra3000 estándar ofrece:

• Entrada monofásica y trifásica de 100 – 240 VCA.

• Conectores D de alta densidad estándar.

• Almacenamiento de firmware de memoria flash programable en el campo.

• Siete indicadores LED para información de estado y códigos de error.

• Ocho entradas para uso general seleccionables.

• Cuatro salidas para uso general seleccionable y una salida de relé.

• Puerto en serie para comunicaciones RS-232/RS-485.

• Cumplimiento de especificaciones de CE y lista UL referentes a estándares de seguridad de EE.UU y Canadá [15]. En la figura 2.19 se muestra el servodrive de la familia ultra 3000.

Fig.2.19 Familia de Servodrives Ultra 3000 de Allen Bradley.

La forma típica de conexión que Allen Bradley propone se muestra en la figura 2.20


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Fig. 2.20 Conexión típica entre servodrives y el controlador.

La figura 2.21 muestra las conexiones a identificar del servodrive Ultra 3000.


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Fig. 2.21 Identificación de la Conexión del Ultra 3000 con SERCOS.

Entre las principales características de Ultra 3000 se tiene que, controla 1 eje con entrada al encoder auxiliar, auto sintonización, programación mediante el RSLogix 5000, se conecta con el módulo SERCOS a través de la fibra óptica, tiene compatibilidad con motores de la serie: MP, TL, F-, N-, Y.

Cuenta con la capacidad de identificar problemas mediante el display de 7 segmentos, opera bajo una temperatura de 0 a 55°C, tiene una corriente de entrada de 9 A, en la figura 2.22 se muestra las dimensiones que el Ultra 3000 presenta.


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Fig. 2.22 Dimensiones del ULTRA 3000.

La forma en que se conecta el Ultra 3000 con el servodrive de cualquiera de las familias antes mencionadas se muestra en la figura 2.23.


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Fig. 2.23 Conexión del Ultra 3000 con el servomotor.

2.4 Servomotor para el sistema de control de movimiento. En Allen Bradley, existen una variedad de servomotores para llevar a cabo el control de movimiento, incluyendo algunos accesorios, en la descripción anterior se menciono los servomotores con los cuales el Ultra 3000 es compatible, en este trabajo se realizara dicho control de movimiento con servomotores de la serie MPL cuyo número de catalogo es MPL-A1520U-VJ42AA, pues con estos servos se cuentan en los laboratorios pesados, y para controlar el movimiento de estos se hará desde el ControlLogix 5561.

Cabe recalcar que, los servomotores del sistema de control de movimiento, deben ser únicamente de la familia Allen Bradley, ya que en el momento de la configuración del mismo, sólo se tienen el listado con el que el servodrive es compatible únicamente de la misma familia.

En la figura 2.24 se muestra un ejemplo del servomotor de la serie MPL antes mencionado.


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Fig. 2.24 Servomotor de la serie MPL.

Se trata de servomotores de baja inercia, motor sin escobilla para reducir su tamaño, disponible en nueve tamaños, retroalimentación de alto rendimiento, en la tabla 2.3 se muestra las características con las cuales el servo opera.

Tabla 2.3 Características de servomotor MP

Núm. Catálogo

Velocidad Nominal

Salida Nominal

KW

Inercia del Rotor.

Par de bloque

continuo.

Nm (lb-in.)

Par de bloque máximo

Nm (lb-in.)

Corriente de

puesto actual

(0 – pico)

Par de puesto actual

(0-pico)

MPL-A1520U

7000 0.27 0.000013 (0.00012)

0.49 (4.3) 1.58 (14) 1.8 6.1

2.5 El software de programación. Como último elemento del sistema de control de movimiento es el software con el que se programara, como se comento anteriormente existe un software para el Ultra 3000 el programa UltrawarE, pero a medida que el control se llevara a través del PAC, este mismo tiene un software de programación en donde se realizara las tareas y el programa en escalera, este programa es el RSLogix 5000 y el software de comunicación es el RSLINX, ambos del mismo fabricante Allen Bradley.

En la figura 2.25 se muestra una imagen de la pantalla principal del software RSLogix 5000.


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Fig. 2.25 Imagen de inicio de RSLOGIX 5000.

2.6 Diseño del gabinete de control. Hasta el momento, se ha llegado a la descripcion general de los elementos que conformaran el sistema de control de movimiento, dicho gabinete también incluirá dispositivos con los cuales se distribuye la energía para alimentar el gabinete y funcione, como se ha dicho hasta ahora, el sistema de control de movimiento, primordialmente, será el ControlLogix 5561, los servodrives Ultra 3000 y los servomotores de la marca Allen Bradley.

La solución que se propone es montar un gabinete de control con el cableado de alimentación adecuado incluido el sistema de control de movimiento el cual se ha descirto anteriormente, para la parte de control de movimiento se conectará el PAC, el ULTRA 3000 y el servodrive, dicha de conexión se muestra en la figura 2.26.

El ControlLogix 5561, estará compuesto por su controlador Logix L61, módulo Ethernet/IP, módulo SERCOS, módulo salida digital, módulo de entrada digital y dos módulos de complemento para un chasis de 7 slots.

Los servodrives Ultra 3000 estarán enlazados en una red tipo anillo, para que entren en el mismo grupo de control de movimiento, donde estarán conectados con cable fibra óptica también de Allen Bradley y alimentados desde filtros para la alimentación de servodrives que se describen el siguiente capítulo.

Los servomotores son de la familia Allen Bradley, el Ultra 3000 en su configuración de servomotores acepta cualquier miembro de la familia Allen Bradley, en la figura 2.27 se muestra la propuesta del gabinete de control para fines didácticos de aprendizaje ò en caso de tener alguna aplicación se control de movimiento, éste llegue a ser la solución para dicha aplicación.


51

Fig. 2.26 Propuesta de sistema de control de movimiento.


52

Fig. 2.27 Gabinete de control con el sistema de control de movimiento.

53

CAPÍTULO

” Diseño eléctrico del

gabinete de control ” Se ha establecido el gabinete para el control de movimiento, su alimentación eléctrica es un elemento importante para que el gabinete opere y realice sus funciones, en este capítulo se diseña mediante dibujo asistido por computadora el cableado correspondiente hacia el gabinete de control y se describe aquellos dispositivos que en conjunto con el sistema de control de movimiento forman el gabinete de control.

CAPÍTULO 3: Diseño eléctrico del gabinete de control.

54

3.1 Dispositivos para la alimentación del gabinete de control. En el gabinete se instalan dispositivos que se ocupa para poder alimentar al equipo de control, ahora se hace una descripción sobre las características de esos dispositivos que alimentan al gabinete de control.

En la figura 3.1 se muestra en conjunto como está constituido el diseño del gabinete de control.

3.1.1 Bloque de distribución. En este componente se encuentra tres bornes para conectar cada una de nuestras líneas de alimentación, fase (en color negro), neutro (en color blanco) y tierra (en color verde) dentro del gabinete se selecciono una toma de corriente que pudiera distribuir mejor el sistema de alimentación monofásica de 127 VCA. Esto con el fin de que el cableado del tablero no se viera tan abultado y proteger a los dispositivos de fenómenos como un corto ò una sobre carga. Cabe mencionar que este distribuidor está perfectamente aislado de cada uno de las fases por una pared de plástico.

En la parte superior de tierra física (en color verde); la parte inferior está compuesto por seis bornes los cuales están hechos de aluminio los cuales permiten distribuir mejor el cableado eléctrico y que el tablero tenga un arreglo adecuado.

En la figura 3.2 se muestra la toma de corriente de la marca Allen Bradley que se manejará.

Fig. 3.2 Toma de corriente Allen Bradley

En Allen Bradley, se tiene la toma de corriente con el número de catálogo 1492-PD3263, donde las características principales de dicho bloque se presentan en la tabla 3.1


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Fig. 3.1 Diagrama del sistema y subsistemas del gabinete de control.


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Tabla 3.1 Características de la toma de corriente de Allen Bradley.

Descripción Función Rango de Corriente

Rango de

Voltaje

Numero de polos

Apertura de línea de polos

Apertura de carga de polos

Numero de

catalogo

Bloque de distribución

Conexión de una línea con

seis derivaciones

hacia la carga

350 Amp. 600 VCA / VCD

3 2 6 1492-PD3263

3.1.2 Interruptores Termo magnético Se eligieron este tipo de protecciones para el tablero eléctrico debido a que ayuda a proteger los componentes eléctricos tales como la fuente de alimentación CD, los filtros eléctricos, los Ultra 3000 y el ControlLogix.

El interruptor termomagnético cuenta con una rápida reacción a las sobrecargas y corto circuito lo que ayuda a mejorar la seguridad del tablero eléctrico en caso de que ocurran los fenómenos antes mencionados en una práctica del laboratorio o al momento de hacer algunas pruebas.

Como se mencionó, esta parte está dirigida a la seguridad y protección tanto del equipo como del usuario; por lo que se dividió en un circuito de cuatro interruptores y uno de uso general que va a accionar o a interrumpir el suministro de energía eléctrica de los circuitos derivados.

El interruptor general (CB1 de figura 3.3) tiene una capacidad de 40 A que va a soportar toda la carga que consuman todos los componentes que están instalados en el gabinete de control.

En el segundo bloque están los circuitos derivados, el primer circuito está compuesto por un interruptor termomagnético (CB2 de figura 3.3) de 5 A de capacidad, que está conectado a la fuente del ControlLogix para evitar que llegue una sobrecarga y así proteger a la fuente y a las tarjetas de entradas y salidas y de igual manera a la SERCOS, la tarjeta de comunicaciones Ethernet y el CPU del ControlLogix.

El segundo interruptor brinda protección a la fuente de alimentación de CD (CB3 de figura 3.3) la cual consume una corriente de 10 amperes y estará suministrando energía eléctrica a al contactor y este a los pulsadores de potencia que se muestran más adelante.

Los interruptores siguientes (F1A, F1B, F2A, F2B de figura 3.3) está protegiendo a los Ultra 3000 y por tanto; estos interruptores estarán protegiendo también a los servomotores y tomando en cuenta el 10% de tolerancia de la corriente suministrada de adapto un termomagnético de 16 A.

Por último en un bloque distinto a los circuitos antes mencionados se coloca un clema con fusible de 1 A el cual está brindando protección al contactor que está conectado al circuito de


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potencia de los pulsadores antes mencionados, además de cumplir con la función de energizar las tarjetas de entradas y salidas del ControlLoigx.

En la figura 3.3 se muestran los interruptores antes descritos.

Fig. 3.3 Interruptores del gabinete de control

3.1.3 Clemas del gabinete de control. Los dispositivos llamados clemas o rieles ayuda a evitar que en algunas secciones de las canaletas haya un sobre cupo de cable eléctrico y evitar el calentamiento, además de que se puede unir de un punto a otro de manera que el cable que se necesite o se vaya a ocupar, sea lo menos posible, esto con el fin de que el tablero tenga una presentación estética.

En este caso se ocupan las clemas de doble piso para hacer la conexión entre las botoneras y las lámparas indicadoras hacia las tarjetas de entradas y salidas que conforman el ControlLogix y que están alojadas en el chasis; con esto se evito que al momento de hacer el cableado se ocupe o se desperdicie una mayor longitud de cable y así poder economizar esa parte del ensamble del gabinete.

En la figura 3.4 se presentan las clemas de doble piso, igualmente de la marca Allen Bradley.

CB1 CB2 CB3 F1A F1B F2A F2B


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Fig. 3.4 Clemas del gabinete de control

3.1.4 La fuente externa del gabinete de control. Una fuente externa para un gabinete de control, tiene la finalidad de alimentar a aquellos dispositivos que se tienen como salida y que el gabinete tiene como finalidad, mandar a accionar a esos dispositivos, un ejemplo por mencionar son actuadores, motores, etc.

La fuente externa es indispensable siempre y cuando ese tipo de alimentación lo requiera, enfocándose a este trabajo, se tiene una fuente externa de corriente de directa que a la salida ofrece 24 VCD a 25 A.

Pero la fuente no sólo alimenta a los dispositivos que se tienen como carga, en Allen Bradley, la fuente externa es un dispositivo necesario para la alimentación de algunas tarjetas de salida, en este caso la tarjeta de salida digital con la que se está trabajando si requiere de la fuente externa e incluso en el capitulo anterior en la figura 2.5 se muestran en las conexiones el requerimiento de la fuente externa de CD.

En la figura 3.5 se muestra la imagen de la fuente que se utiliza para el gabinete de control también de la marca Allen Bradley.


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Fig. 3.5 Fuente externa 24 VCD de Allen Bradley.

La fuente alimenta también a la botonera didáctica que se utiliza en el gabinete, hay casos en las que dicha fuente es necesario calcularse, en este caso se aprovecha esta fuente de cd que ya se contaba con el equipo.

En la tabla 3.2 se muestras las características principales de operación de la fuente externa.

Tabla 3.2 Características de la fuente externa.

No. Catalogo

Voltaje de entrada

Voltaje de salida

Corriente de

Entrada

Corriente de Salida

Potencia de

Salida

1606‐XL480EP 115/230V CA 24...28V CD 10 A 20 A 480 W

3.1.5 Los filtros para Ultra 3000. Los filtros son aquellos dispositivos que protegen al servodrive (Ultra 3000 en este caso) de altos picos de voltajes permitiendo solo así pasar el voltaje necesario que el Ultra 3000 pueda operar.

Dentro de las instrucciones de Allen Bradley, recomiendan pasos a seguir en el momento de la instalación del filtro, dichos pasos se siguen y se presentan a continuación.

• Se recomienda previamente tener la ubicación del filtro. Montar el filtro lo más cercano posible al servodrive.

• Tener en cuenta las dimensiones de los filtros en el momento del montaje en el gabinete.

• Conectar los filtros como se muestran en la figura 3.6


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Fig. 3.6 Recomendación de montado para el filtro,

En la figura 3.6 se muestra el ejemplo de la conexión del filtro que muestra un ejemplo de un filtro trifásico.

Para el gabinete de control, se utiliza ambos filtros, tanto uno monofásico y otro trifásico ya que ya se contaba con ambos filtros, el filtro monofásico tiene el numero de catalogo CAT 2090-UXLF-123 y el filtro trifásico tiene el numero de catalogo CAT 2090-UXLF-336

En la figura 3.7 se muestran las dimensiones que cada filtro tiene y se tomaron en cuanta para su instalación.

Fig. 3.7 Dimensiones de ambos filtros.

En la figura 3.8 se muestran los filtros con su conexión dentro del gabinete de control.

Filtro Monofásico Filtro Trifásico


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Fig. 3.8 Filtros monofásico y trifásico.

3.2 Pulsadores para la parte de potencia del gabinete de control.

Como en todo tablero de control, se cuenta con una parte de control y una parte de potencia, en la parte de potencia el gabinete hace el mando del arranque ó paro de aquellos dispositivos que se van controlar, como por ejemplo motores, servos, solenoides, etc, para paros de seguridad, alarmas, entre otras.

Para este tablero se usaran 3 botones adicionales de los que el gabinete actualmente cuenta, el gabinete cuenta con un selector que en caso de aplicarse podría tener la función de automático o manual, y una pequeña lámpara que en caso de aplicarse indicaría el paro de emergencia.

Los pulsadores que se incorporan al tablero se muestran en la figura 3.9

Fig. 3.9 Pulsadores para la potencia del gabinete.

Filtro Monofásico Filtro Trifásico


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En la figura se aprecia los 3 botones antes mencionados se izquierda a derecha se tiene la botón de arranque, el paro de emergencia y la luz indicadora de que la parte de potencia está encendida. En la figura 3.10 se muestran cada uno de los pulsadores antes mencionados.

Botón de arranque Paro de emergencia Luz indicadora

Fig. 3.10 Pulsadores del gabinete.

3.3 Botonera para simulación de entradas y salidas. La botonera que se le instala al gabinete de control, consta de una caja que en su interior contiene ocho lámparas indicadoras, que representan las salidas provenientes del ControlLogix, y ocho pulsadores que representan entradas digitales hacia el ControlLogix.

En la figura 3.11 se muestra la imagen de la botonera.

Fig. 3.11 Botonera para entradas y salidas.


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Donde:

• P0: Pulsador 0.

• P1: Pulsador 1.

• P2: Pulsador 2.

• P3: Pulsador 3.

• P4: Pulsador 4.

• P5: Pulsador 5.

• P6: Pulsador 6.

• P7: Pulsador 7.

• LI0: Luz indicadora 0.








En capítulo anterior, se menciona que las tarjetas E/S son digitales a 24 VCD, por lo que el mejor componente para ese tipo de señal es una botonera como el de la figura 3.11, tiene el objeto de poder simular las entradas y encender las lámparas como salidas, ya que actualmente no hay una aplicación, pero para fines académicos, es de buen aprendizaje para simular las señales.

La botonera se alimenta primeramente puenteando cada dispositivo y llevándolo a la parte de alimentación de CD como se muestra en la figura 3.12.


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Fig. 3.12 Cableado para los interruptores y lámparas de la botonera

3.4 Cable fibra óptica.

El cable de fibra óptica es el medio de transmisión que habrá dentro del sistema de control de movimiento, es decir que a través de éste cable todas aquellas instrucciones de control se enviaran desde la tarjeta SERCOS, al Ultra 3000, para que éste envíe la señal de movimiento al servomotor. Como se menciono en el capítulo 2, el módulo SERCOS es una interfaz óptica de tiempo real, debido a que este tipo de aplicaciones se deben llevar en tiempo real, es decir que al momento de enviar la instrucción de control se acciona ó active lo que controlara, en este caso al servomotor, por ello se justifica el tipo de cable en la transmisión de datos y no de otro tipo, a la vez, los servodrives de la familia Allen Bradley ya tienen integrado los bornes para un cable de fibra óptica del mismo fabricante.

Las fibras ópticas son conductos, rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio (sílice), que son capaces de conducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para salir por el otro. Es decir, es una guía de onda y en este caso la onda es de luz.

Allen Bradley utiliza la fibra óptica en sus equipos de control de movimiento, ya que la fibra es poco susceptible al ruido, presenta mayor rapidez en la transmisión de información respecto a otros, pues es a través de luz que se transmite esa información dentro del cable, En [16] existe una serie de recomendaciones que ofrece el fabricante para el mejor manejo de la fibra óptica, esto evita que la fibra pueda dañarse o se limita su velocidad

En la figura 3.13 se muestra una recomendación clave, que el cable no debe doblarse más de 2.54 cm debido a que es sensible, éste puede romperse.


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Fig. 3.13 Radio permitido al doblar la fibra óptica de Allen Bradley.

Con la fibra se realiza la topología anillo para comunicar el modulo SERCOS y los ULTRA 3000. Tal y como se presenta en la figura 3.14.

Fig. 3.14 Topología anillo con fibra óptica para los ULTRA 3000.

3.5 Diseño eléctrico del gabinete de control. El diseño eléctrico es importante, pues antes de cablear un tablero se debe contar con un plano eléctrico ó un plano de donde se pueda interpretar las conexiones que se van a realizar con el fin de que el gabinete no sufra ninguna mala conexión. Además de brindar al usuario una gran cantidad de información; es indispensable ya que en una futuro cuando algún alumno o profesor desee saber la manera en que este gabinete

Anillo con Fibra óptica


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fue cableado o que quiera dar mantenimiento ò agregar algún dispositivo sepa con exactitud cómo abordar el sistema de cableado y así poder realizar algunas modificaciones tales como agregar un componente o simplemente para darle mantenimiento. Hoy en día existen softwares que permiten hacer este tipo de planos, pues contienen herramientas que nos permite elaborar un diseño que se asemeje a la parte física, para realizar el diseño del gabinete de control se ocupara una herramienta de Autodesk: Autocad Electrical.

El software cuenta con herramientas que facilitaran el diseño del gabinete ya que cuenta con componentes establecidos que el Autocad por sí mismo no tiene, este programa contiene entre sus herramientas las tarjetas de entrada y salidas de los diferentes PLC´s y PAC´s que existen en el mercado, además de contar con componentes eléctricos así como su simbología para una mejor interpretación y una gran gama de funciones que nos ayudara a que el diseño del gabinete sea lo más semejante a los componentes físicos que se encuentran en el gabinete.

3.5.1 Diagramas del cableado eléctrico Antes de cablear el gabinete de control se realizó los planos eléctricos, dichos planos se componen por cuatro fases: el cableado del control del gabinete, los dispositivos de protección y las clemas, conexión de los filtros y los Ultra 3000 y por último se hizo el cableado del las tarjetas del ControlLogix.

En la primera fase se realizó la alimentación del bloque en el que va a llegar el suministro de energía eléctrica el cual comprende un voltaje de 127 VCA. Una vez conectado la línea de alimentación lo siguiente fue conectar un interruptor temo magnético general que protegerá todo nuestro sistema de cableado eléctrico lo cual llevo a generar y circuitos derivado

Posteriormente se hizo el circuito de control que va realizar el arranque y paro de nuestro relevador. En la figura 3.15 se muestra el diagrama eléctrico del circuito antes mencionado.

Fig.3.15 Diagrama eléctrico del circuito de control.


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Donde:

• BP: Botón de Paro. (1 y 2 de MCR)

• BA: Botón de Arranque.(3 y 4 de MCR)

• MCR: Bobina del contactor.

• LI: Luz Indicadora.

A continuación se presenta los circuitos de protección y las clemas,

El primer interruptor es el que va a proteger el sistema eléctrico de todo el gabinete de control, posteriormente se tiene un segundo interruptor que es el encargado de proteger al controlador lógico programable, el siguiente interruptor está conectado a la fuente de alimentación de 24 VCD, a si mismo cada filtro tendrá un interruptor termo magnético para su protección.

Se tienen dos líneas de alimentación que proviene de la fuente de 24 VCD y que se conectan a dos interruptores la fase que va al relevador, y del relevador a un bloque de cinco clemas para poder alimentar a las botoneras y otro bloque de cinco clemas para el cable (neutro) que proviene del segundo interruptor y va conectado al bloque de clemas en cual proporcionara un suministro a las tarjetas.

En la figura 3.16 se muestra el diagrama de los dispositivos y la conexión que conlleva cada uno.

Fig. 3.16 Diagrama de conexión de los dispositivos de protección.

En la siguiente fase se encuentra el cableado los filtros y los Ultra 3000 en este bloque la alimentación que proviene de uno de los circuitos derivados específicamente del tercer interruptor termomagnético el cual va a ir conectado a la línea 1 del filtro siendo esta la fase y el cable que proviene del bloque de tomacorriente el cual es neutro ira conectado la línea 2 del filtro.

Posteriormente a la salida de los filtros conectamos tres cables una fase, un neutro, y una tierra física los cuales va a ir conectados a los drivers y a la salida de estos se conectaran los servomotores encargados de hacer el movimiento de cualquier objeto.


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En las figuras 3.17 y 3.18 se muestran los diagramas de conexión de los dispositivos.

Por último se hizo el cableado de las tarjetas de entrada y salida, primero se cablearon las tarjetas de entradas que es la primera en detectar las señales que se mandan a través del software directamente o de alguna de las botoneras previamente conectadas. El cableado se hizo a través de las clemas ya que como se utilizan varios puntos de conexión son de mucha utilidad y le da a este cableado un poco mas de estética, además de ahorrarse cable a la hora de hacer las conexiones ya que evita dar demasiadas vueltas por la canaleta.

El cableado de las tarjetas de salida van a las lámparas indicadoras para saber si nuestra señal está siendo enviada por el sistema correctamente y darnos una mejor visión que entrada y salida se está ocupando.

Fig. 3.17 Diagrama eléctrico de la conexión del primer filtro.


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Fig. 3.18 Diagrama eléctrico de la conexión del segundo filtro.

En las figuras 3.19 y 3.20 se muestran los diagramas eléctricos de las tarjetas tanto de entrada como de salida.


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Fig. 3.19 Conexiones electricas para la tarjeta de entrada digital.


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Fig. 3.20 Conexiones eléctricas para la tarjeta de salida digital.

Se ha realizado hasta el momento los diseños del cableado eléctrico que se necesitan para la alimentación del gabinete de control, a la vez, se montara el anillo con fibra óptica para el sistema de control de movimiento que en la figura 2.27 se planteó.

De la figura 3.21 a la figura 3.27, muestran el cableado realizando del gabinete para que al quedar listo se proceda a la parte de programación con los comandos de control de movimiento.


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Fig. 3.21 Comienzo del cableado para el gabinete de control.

Fig.3.22 Cableando la toma de corriente desde el cable de uso rudo.


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Fig. 3.23 Cableado de los pulsadores del gabinete de control.

Fig. 3.24 Cableado de los filtros.

Fig. 3.25 Cableado del los módulos del ControlLogix.


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Fig.3.26 Cableado de alimentación del ULTRA 3000

Fig. 3.27 Gabinete de control para aplicaciones de control de movimiento


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Cuando se termina el cableado del gabinete de control, se realizan las pruebas para que este trabaje a la manera correcta, dichas pruebas constan básicamente del medir continuidad entre el cableado y dispositivos, al hacerlo, se alimenta el gabinete, al subir los interruptores, el ControlLogix se encenderá cada modulo, los ULTRA 3000 prende el display indicando el numero 0, y al oprimir el botón de arranque de los pulsadores, se puede utilizar la botonera didáctica.

En la figura 3.28 se resaltan los elementos con los que el usuario interactúa para el aprendizaje del control de movimiento, se hace mención del sistema de control de movimiento, la comunicación Ethernet, la botonera didáctica y la PC del usuario.

Fig.3.28 Gabinete de control en operación.

ControlLogix Botonera Didactica ULTRA 3000 Cable Ethernet Anillo con Fibra Optica Servomotor PC

76

CAPÍTULO

so

”Programación del control de movimiento utilizando

RSLogix 5000 ”. El control de movimiento se puede programar en varias maneras, en Allen Bradley existe software para llevar a cabo dicha programación, por ejemplo el ULTRAWARE, programa para control de movimiento utilizando en el ULTRA 3000. Este trabajo tiene el objeto de integrar un PAC para fines de control de movimiento, por ello el software para programar el ControlLogix es el RSLogix 5000, del mismo fabricante, en él se encuentran comandos especiales para poder llevar a cabo la programación del control de movimiento.

CAPÍTULO 4: Programación del control de movimiento

utilizando RSLogix 5000.

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4.1 El último componente del sistema de control de movimiento: El software de programación. En el capítulo 1 y 2 se vio los componentes del sistema de control de movimiento, el último componente y con el que el usuario interactúa el mayor tiempo durante la implementación de un proyecto, es con el software de programación.

Es gracias al software de programación que las aplicaciones se llevan a cabo de la forma en la que el usuario establezca

En Allen Bradley, para la programación de PLC`s o PAC`s utilizan el software llamado RSLogix, difiere en las versiones dependiendo de la familia del controlador, además se cuenta con el software de comunicación RSLinx, este ultimo realiza la comunicación entre el controlador y la PC del usuario y detecta al controlador que se tiene en línea.

4.2 Comunicación Ethernet/IP entre el ControlLogix y la PC. En el capítulo 1 se vio la teoría sobre la comunicación industrial más usada hoy en día en la industria, el Ethernet/IP, como se comentó se puede llevar a cabo tal comunicación desde un cable UTP y las terminales RJ45, cable cruzado si es directa la comunicación entre PAC y PC, o cable directo si es la comunicación entre multipunto, en este caso el cable es cruzado, pues solo se comunica el ControlLogix con la PC para fines académicos.

4.2.1 Comunicación utilizando el software RSLinx. Antes de abrir el RSLinx para poder comunicar el ControlLogix hay que asignar la IP a través de una red LAN para la PC a utilizar y el ControlLogix por medio del protocolo de comunicación Ethernet.

Primeramente hay que dirigirse al panel de control, se selecciona conexiones de red y se selecciona protocolo de de internet (TCP/IP) y se asigna una dirección IP a la PC con una terminación diferente al módulo Ethernet del ControlLogix para que estén en la misma red.

Cabe recalcar que el modulo Ethernet 1756-ENET/B ya cuenta con la siguiente IP: 192.168.0.1, para que el ControLogix y la PC estén en la misma red, se asigna una IP diferente pero de la misma red, en la figura 4.1 se muestra la tabla “Conexiones de Red”, en propiedades se le asigna la IP para la PC y la máscara de subred 255.255.255.0



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Fig. 4.1 Asignación de IP para la PC

Posteriormente se abre el RSlinx para poder comunicar el ControlLogix a través del protocolo de comunicación Ethernet y poder comunicarse con las tarjetas, SERCOS, Ethernet/IP, tarjetas de entradas y salidas.

Se abre (Configuración de drives) y se selecciona el tipo de comunicación entre la PC y el controlador, entre la lista se elige (Ethernet/IP Driver) posteriormente se le da clic en añadir nuevo. En la figura 4.2 se puede ver lo descrito anteriormente.

Fig. 4.2 Selección del tipo de comunicación



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Una vez realizado lo anterior se le dará un nombre para reconocer el PAC que se está utilizando y una vez configurado el controlador aparecerá en la lista de controladores configurados.

En la figura 4.3 se puede apreciar el nombre que se le asigno al controlador, o bien se puede asignar el nombre que el software da por default.

Fig. 4.3 Asignaciòn de nombre

Posteriormente se elige el tipo de comunicación entre PC y ControolLogix, donde muestra la asignación de IP que anteriormente se le había asignado a la PC, como se muestra en la figura 4.4.

Fig. 4.4 Configuracion del dispositivo.

En la barra de herramienta se selecciona la pestaña comunicaciones y se selecciona.



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RSWho, o en el icono inmediato que se encuentra debajo de la barra de herramientas. Este icono muestra la ventana principal del RSLinx Classic en donde se pueden observar las redes y dispositivos del ControlLogix con el cual ya se realizo la comunicación Ya que es necesario revisar que todos los módulos del ControlLogix estén en red.

En la siguiente figura 4.5 se muestra la ventana en donde se puede observar los dispositivos que se encuentran en la red.

Fig. 4.5 Componetes del ControlLogix en red.

En la figura 4.6 se muestra la representación de la comunicación en red entre el ControlLogix y la PC.



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Fig. 4.6 ControlLogix y PC en red mediante Ethernet/IP

Una vez realizado la comunicación por medio del RSLinx se procede a utilizar el RSLogix 5000, el software de programación.

4.3 Utilizando el RSLogix 5000. El software de programación es el RSLogix 5000 del fabricante Allen Bradley, este software está diseñado para programar los controladores de la familia Logix. Para este trabajo como se utiliza el ControlLogix 5561 por el controlador que tiene (CPU), la versión del software es el 5000. Este software utiliza varios tipos de programación como el escalera, por bloques de funciones o por texto estructurado y esquema de funciones secuenciales, para este trabajo se utilizara el lenguaje de escalera

En la figura 4.7 se puede observar la ventana principal del RSLogix en el cual se dará de alta los módulos, servomotores, y el programará en lenguaje escalera.



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Fig. 4.7 Ventana principal de RSLogix 5000.

4.3.1 Dar de alta los módulos del ControlLogix. En la figura 4.8 se muestra la configuración del ControlLogix, mostrando los módulos que se darán de alta e indicando en que número de slot se configuran en el chasis de 7 slots se puede ver que empieza por el CPU, los módulos de comunicación y posteriormente los módulos de E/S.



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Fig. 4.8 Módulos del ControlLogix.

Los módulos en cada slot son:

• Slot 0: Módulo Logix L61.

• Slot 1: Módulo Ethernet/IP.

• Slot 2: Módulo SERCOS.

• Slot 3: Módulo Salida Digital.

• Slot 4: Módulo Entrada Digital.

• Slot 5 y 6: Módulos de complemento para el chasis.

Al crear un proyecto nuevo, aparecerá una ventana en la cual se dará de alta primeramente el controlador o CPU, al crear el proyecto se presenta el listado de los controladores que Allen Bradley ofrece, también se selecciona el numero de revisión en este caso se utilizara la revisión 16, ya que es la versión con la que el controlador viene de fabrica. De igual forma se le dá un nombre al proyecto y en caso de ser necesario una descripción y por último se seleccionara el tipo de chasis que en este caso se ocupara un chasis de 7 slots por el número de tarjetas que se trabaja.

En la figura 4.9 se observa la configuración del controlador, que para este trabajo es el 1756.L61.

Fuente del PAC Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot 4 Slot 5 Slot 6 Slot 7



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Fig. 4.9 Elecciòn del controlador, la reviciòn y el chasis

Si el usuario desconoce la ubicación de la revisión del controlador, o no sabe cual es respecto a su controlador, RSLix proporciona esa información al estar en línea. Se recomienda que el controlador este ubicado en el slot 0 como se ve en la figura 4.9.

Una vez que se genero el proyecto en la parte izquierda aparece el organizador del controlador, se puede observar la carpeta del de controlador en la figura 4.10, en esta carpeta todavía no existen E/S, base de datos ni tags.

Fig. 4.10 Carpeta Organizador del Controlador.



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El organizador del controlador es una representación gráfica de los contenidos del archivo de su controlador. Esta representación consiste en un árbol de carpetas y archivos con toda la información pertinente a los programas y los datos del archivo de controlador actual. Las carpetas principales predeterminadas en este árbol son:

• Controller File Name (Nombre del archivo de controlador): Contiene tags bajo el control del controlador, administrador de memoria de fallos del controlador y administrador de memoria de encendido.

• Tasks (Tareas): Esta carpeta visualiza las tareas. Cada tarea muestra sus propios programas con rutinas de lógica de escalera, rutinas de bloque de funciones y tags bajo el control del programa.

• Motion Groups (Grupos de movimiento): En la carpeta Motion Groups, encontrará grupos de ejes relacionados entre sí, reunidos en grupos, además, se encontrara los ejes No Agrupados (Ungrouped Axes); ejes que todavía no han sido asignados a ningún grupo en particular. Esta parte de organizador se hará mención mas adelante.

• Trends (tendencias): Esta carpeta visualiza las tendencias.

• Data Types (tipos de datos): Muestra tipos de datos predeterminados y definidos por el usuario. Los datos definidos por el usuario se crean en esta carpeta.

• I/O Configuration (Configuración de E/S): Contiene información sobre la configuración del hardware del proyecto del controlador.

Antes de dar de alta los módulos, se recomienda primeramente asignar la hora coordinada del sistema, esto es para especificar un valor de tiempo sincronizado para todos los módulos dentro de un chasis Logix5000. Al establecer el maestro de CST (hora coord. del sist.), se establece un controlador en un chasis como el controlador maestro. Esto permite que un controlador sea responsable del sello de hora y de sincronizar los demás módulos en el chasis: Este paso se realiza al hacer clic derecho sobre el controlador y muestra la tabla de la figura 4.11



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Fig. 4.11 Marcar el controlador como maestro.

A continuación desde el control organizador se van a añadir los módulos necesarios para realizar la comunicación de todos los módulos del Control Logix.

Primero se da clic derecho en la carpeta que dice configuración de entrada y salidas seleccionamos nuevo modulo como se muestra en la figura 4.12 y abre una ventana donde se escoge los módulos de comunicación, de entradas y salidas, y el control de movimiento

Fig. 4.12 Agregando modulo nuevo.

En la figura 4.13 se puede observar el las opciones de los módulos que maneja el controlador, cabe mencionar que encaso de que el modulo no cuente con la información necesaria se puede recurrir al RSLinx en donde se podrá observar el numero de catalogo que se requiere para darlo de alta.



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Fig. 4.13 Seleccionando los módulos.

Una vez que se escogió el modulo hay que asignarle un nombre, en caso de ser necesario una breve descripción, en el caso del modulo Ethernet, se asigna la dirección IP que el modulo tiene (B de la figura 4.14) y que está en la red, posteriormente se indica el slot donde va ir a ligado el modulo y se selecciona la revisión que se va a ocupar.

Si el usuario tiene dificultad con la asignación de slot en el chasis, puede recurrir al RSLinx donde marca el slot en donde esta cada modulo. Otro dato que nos proporciona el RSLinx es la revisión que tiene cada modulo (al igual que el controlador) en A de la figura 4.14 indica un ejemplo de la revisión que cada modulo tiene y que debe coincidir con el que nos proporciona RSLinx.



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Fig. 4.14 Dando de alta el modulo Ethernet. A Revicion del modulo. B Asignacion de la IP del modulo.

Una vez dado de alta cada modulo en la carpeta I/O Configuration aparecerá los módulos que ya se han dado de alta, tal y como se muestra en la figura 4.15.

Fig. 4.15 Módulos que conforman el ControlLogix en RSLogix 5000.

Los módulos han sido dados de alta, enfocándose ahora al sistema de control de movimiento, el controlador está asignado, ahora se da de alta el Ultra 3000 y los servomotores que conforman dicho sistema en la red SERCOS.

4.4 Elementos para la red SERCOS.

El modulo SERCOS con el que se trabaja cuenta con el manejo de 3 ejes, es decir que maneja en su red hasta 3 servomotores con sus servodrives derivados, al darlo de alta se

B

A



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muestra una red en la cual se da de alta los servodrives y servomotores que se maneja en esa red como se muestra en la figura 4.16

Fig. 4.16 Agregando servodrive y servomotor en la red SERCOS.

Ahora se da de alta cada servodrive Ultra 3000, se da clic en la opcion drives que apararece en la ventana de la figura 4.17, en selección de modulo, se despliega todos lo drivers que son compatibles el modulo SERCOS y se seleccionara el modelo 2098-DSD-005-SE (ultra 3000) y se selecciona OK. Estos pasos se repetirán 2 veces ya que se cuenta con 2 Ultra 3000.

Fig. 4.17 Escogiendo el Ultra 3000.



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Ahora se le asigna un nombre y en este caso será necesario ponerle una descripción el cual será eje 1

En la figura 4.18 se puede observar las propiedades que le fueron dadas al Ultra 3000.

Fig. 4.18 Propiedades de Ultra 3000.

Posteriormente se puede observa como en la figura 4.19 que ambos Ultra 3000 están en la red SERCOS y listos para poder asignar un eje y el servomotor con el que se estará trabajando.

Fig. 4.19 Red SERCOS con ULTRA 3000.

4.4.1 Configuración de grupo de ejes. Una vez asignado cada variador se le da clic derecho y se abre una ventana llamada modulo de propiedades, posteriormente se selecciona la pestaña asociar ejes en donde se creara un eje para asócialo a un grupo.

En la figura 4.20 se puede observar la ventana principal de asociar ejes.



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Fig. 4.20 Ventana para asociar ejes.

Ahora se presiona la opción New Axis (Nuevo Eje), cuando aparezca la ventana en donde se podrá asignarle propiedades tales como un nombre, descripción y el tipo de dato, por último dar clic en OK como se ve en la figura 4.21.

Fig. 4.21 Asignando Nuevo eje.

Ahora en la misma pestaña de asociar ejes seleccionar en el cuadro despegable del nodo 1 se selecciona el eje que se acaba de crear para poder utilizarlo más adelante.



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Se repiten los pasos anteriores para crear el segundo eje y seleccionarlo para poder utilizarlo.

En la figura 4.22 se pude observar el eje creado que posteriormente se utiliza.

Fig. 4.22 Escogiendo el EJE en las propiedades del servodrive.

Ahora se crea un grupo de ejes, esto es para asociar a ambos ejes ya creados y que esten dentro de un grupo, es decir, la red que tiena ambos Ultra 3000 se consideran como un grupo de trabajo de control de movimiento, y los ejes que maneja cada uno deben estar ligados a ese grupo de trabajo.

Lo primero que se realiza es ubicar la carpeta de grupos de movimiento en el organizador del controlador, se da clic derecho y clic en la opcion nuevo grupo de ejes en donde van a estar alojados los ejes que anteriomente fueron creados.

Una ves seleccionada la opcion nuevo grupo de ejes aparecera una ventana en el cual se le asignara el nombre a la carpeta que contendra en grupo de ejes.

En la figura 4.23 se puede observar la ventana donde se le asignara el nombre al grupo.



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Fig. 4.23 Creando el grupo de movimiento.

Una ves hecho lo anterior aparece un aventana con el nombre de “asistente para la asignacion de grupo de ejes”, en esta vetana aparecen dos paneles un panel con el nombre de asignacion y otro panel con el nombre de sin asignar. En el panel sin asignar apareceran los ejes que fueron creados con anterioridad, se selecionan los dos ejes y se da clic en la opcion añadir ejes, entonces apareceran en el panel de asignacion con esto se asegura que estaran en la carpeta que se creo con el nombre de “GRUPO_1”

En la figura 4.24 se puede observar la asignacion de los ejes a la carpeta que contiene el GRUPO_1 como se menciono anteriormente.



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Fig. 4.24 Asignacion de ejes al grupo creado GRUPO_1

Una vez realizado lo anterior, se revisa que efectivamente los ejes se encuentran en el grupo que se creo y que realmente los ejes se encuentran GRUPO_1.

En la figura 4.25 se puede observar que los ejes estan en el grupo creado.

Fig. 4.25 Los ejes estan en el grupo creado GRUPO_1

4.4.2 Elección de servomotores. La red SERCOS se ha creado, asignando el servodrive a utilizar y el número de ejes que conforman al grupo de trabajo de control de movimiento, la siguiente tarea es asignar a ese eje un servomotor, se menciono en el capítulo 2 el servomotor a manejar de la serie MP de Allen Bradley.

Para dicha asignación se le da clic derecho al eje (ya dentro del GRUPO_1) y nos arroja una tabla de propiedades como se muestra en la figura 4.26



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Fig. 4.26 Propiedades del eje.

Ahora se da clic en la pestaña Drive/Motor en esta pestaña se encuentran las propiedades tales como el número de catalogo del servomotor, en donde se selecciona el que en este caso se maneja, el modelo es MPL-A1520U-Vxx2, al escogerlo se da clic en OK como se muestra en la figura 4.27.



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Fig. 4.27 Eleccion del servomotor de la serie MPL.

Posteriormente se da clic en la opción unidades para configurar las unidades de posición que en este caso serán revoluciones por segundo, en la pestaña ”base de tiempo para la velocidad media ” nos indicara el tiempo en que dará una vuelta el rotor y posteriormente se dará clic en aplicar y luego ok.

Lo siguiente que se hará será abrir la ventana de propiedades del eje 2 y hacer las mismas configuraciones del eje 1.

En la figura 4.28 se puede observar la configuración de las unidades con las que marcara los valores, en este caso se maneja rev (revoluciones)



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Fig. 4.28 Configuración de unidades.

Hasta el momento se ha asignado el servomotor con el que se trabajara, a continuación se muestra el procedimiento para configurar el servomotor y dejarlo listo para utilizar los comandos directos de movimiento.

4.4.3 Prueba del servomotor. Primeramente, se debe de entrar en línea, esto ayuda a finalizar la comunicación entre el Ultra 3000 y el servomotor, en la figura 4.29 se muestra como entrar en línea con el ControlLogix.



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Fig. 4.29 Entrando en línea con el ControlLogix.

En Comunications, se entra en la opción Who active, y se escoge el controlador Logix L61, al descargar, se entra en línea con el ControlLogix, se debe estar en modo Run para que se trabaje con el programa. Como se muestra en la figura 4.30

Fig. 4.30 Modo run de operación del ControlLogix.

Al entrar en línea, el usuario podrá notar que en el display del Ultra 3000 cambian los números, desde que se encendió con el número 0, hasta este paso donde se cambia con el número 4. En la tabla 4.1 se muestran los valores de los números y lo que representa cada número durante el proceso de comunicación entre el Ultra 3000 y el servomotor.



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Tabla 4.1 Relación de los números que presenta el display del Ultra 3000

Estado del Led del Display Indica

Display en fase 0 El Ultra 3000 está en busca del la red SERCOS con fibra óptica.

Display en fase 1 El Ultra 3000 está en busca del nodo.

Display en fase 2 El Ultra 3000 está en busca de la comunicación entre el nodo para configurarlo

Display en fase 3 El Ultra 3000 está en busca de la configuración del servomotor.

Display en fase 4 El Ultra 3000 se ha configurado y esta activado

Display en Error. El Ultra 3000 marcara una E en caso de halla error.

Lo siguiente que se realiza es poner en funcionamiento los ejes, a través de las pruebas que se presentan a continuación.

En las propiedades del servomotor, (clic derecho sobre el eje en el grupo), se muestra una tabla como en la figura 4.31

Fig. 4.31 Propiedades del eje.



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Se hace clic en hookup (conexión) la cual sirve para comprobar la conectividad y polaridad del cableado del servodrive y el servomotor; y el auto ajuste de las propiedades del eje.

En esta pestaña en la opción incremento de prueba se le da 1.0 revs de este modo el recorrido del eje será suficiente para detectar un marcador y se selecciona la opción aplicar para guardar los cambios.

En la figura 4.32 se observa el valor que se le asigno al incremento de prueba antes mencionado.

Fig. 4.32 Configuración de la conexión del servomotor.

En la parte derecha del recuadro de la figura 4.32, se tienen las opciones Test Marker, Test Feedback, y Test Command & Feedback.

Primeramente se selecciona la opción Test Marker (prueba de impulso de cero), aparece una ventana con un cuadro de dialogo, se giraran las instrucciones que contiene las cuales son: girar el rotor del motor a una revolución completa en sentido de las manecillas del reloj.”

Dicho recuadro se presenta en la figura 4.33



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Fig. 4.33 Comando en línea de configuración del servomotor.

Entonces, el usuario deberá dar una vuelta en dirección de las manecillas del reloj (dicha vuelta representa el incremento antes dado), se recomienda tener delicadeza al girar la flecha del servomotor como se muestra en la figura 4.34

Fig. 4.34 Moviendo la flecha del servomotor para sintonizarlo.

Aparece una frase al lado de estado del comando la cual dirá comando concluido y se da clic en la opción OK.

Lo siguiente será dar clic en la Test Feedback, en esta opción una vez más se seguirán las instrucciones que se muestran en el cuadro de dialogo las cuales son girar manualmente el rotor del servomotor en el sentido de las manecillas del reloj con esto se define la polaridad del feedback del servodrive, el cuadro de dialogo muestra una frase al lado de estado del comando la cual dirá comando concluido entonces se dar clic en la opción ok.

En la figura 4.35 se observa las condiciones que deben seguirse para activar el comando.



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Fig. 4.35 Comando en línea de la retroalimentación del servomotor.

Se da clic en la opción Test Command y Feedback, aparecerá un cuadro en el cual se presionara el botón yes (si) entonces el servomotor debe girar en sentido de las manecillas del reloj posteriormente aparecerán mas cuadros de diálogos a los cuales solo debe de darse clic en yes (si). Para configurar el eje 2 se repiten los pasos antes mencionados.

En la Figura 4.36 donde se muestra el diálogo para activar el giro de servomotor lo cual indica al usuario en forma de pregunta que si el la flecha del servomotor giro del sentido de las manecillas del reloj por ellos se responde con si.

Fig. 4.36 Comandos de aviso sobre el giro del servomotor.

Como última configuración del eje, en la ventana de propiedades del eje seleccionamos la pestaña Tune (autoajuste del eje), el cual va a permitir al usuario calcular los valores de ganancia, como la ganancia de lazo de posición y velocidad así como las rampas de aceleración y desaceleración. En la primera opción se le da un valor de 100 revs, este dato se puede manejar libre pues por el momento no se cuenta con aplicación alguna la cual depende de un valor en específico, este dato ayuda a calcular los fines de carrera que se pueda tener en algunas aplicaciones, como por ejemplo una mesa xy.



103

Ese valor (en este caso 100 revs) será el límite recorrido, en la segunda opción tendrá una velocidad de 50 en posición, este valor se puede calcular fácilmente, el usuario tendrá como datos del servo en la pestaña de Dynamics (Dinamica) el valor que tiene como máximo en velocidad, se recomienda que se maneje un valor que este entre 40 y 80 % del valor que se tenga en Dynamics, para este caso, el valor que se tiene es de 99.16 rev/s, por lo que el valor debe de estar entre 39.66 rev/s (40 %) y 79.32 rev/s (80%) el valor de 50 revs cumple dentro del rango.

En la figura 4.37 se observa los valores que se le asignaron al servomotor de lo antes mencionado.

Fig. 4.37 Valores de autoajuste del servodrive

Ahora se seleccionara el botón Start Tuning (Iniciar ajustes), aparecerá un cuadro de dialogo y se dar clic en la opción yes (si) esto generara un movimiento como un golpe a la flecha del eje.

Un vez que se realizo lo anterior aparecerá una ventana llamada “resultado del ajuste” una vez que se hayan revisado los valores se dará clic en las pestaña OK y en la siguientes que aparezcan con esto finaliza la configuración de los ejes de los servomotores.

En la figura 4.38 se muestran los valores arrojados que tiene el servomotor una vez terminado el autoajuste.



104

Fig. 4.38 Resultados del autoajuste

Con lo anterior, se ha configurado el servomotor listo para programarlo, los pasos anteriores se repiten para el servomotor del eje 2.

4.5 Comandos directos de control de movimiento. Los comandos de control de movimiento, son aquellas instrucciones que se le envían al servomotor, cumpliendo un cierto perfil para que este realice el tipo de movimiento que el usuario desee ó requiera.

Bajo este criterio, es que gracias a estos comandos, del software RSLogix 5000, el servomotor operara para crear un perfil de control de movimiento.

Para saber sobre la teoría y la manera en que opera un comando de control de movimiento, es recomendable leer primeramente el anexo que se encuentra al final de este trabajo, a continuación se muestra como introducirse con dichos comando de control de movimiento.

4.5.1 Asignación de parámetros en los comandos directos de control de movimiento. Los parámetros son aquellos datos que se envían en forma de instrucción, es decir, que aquel valor dado al servomotor, es como opera bajo esa circunstancia única.

En el software, se recordara que en la capeta organizador de control, se encuentra el grupo antes creado con los ejes antes configurados. Al hacer clic derecho sobre cualquier eje, podrá notarse la opción Comandos directos de movimiento, se despliega como se ve en la figura 4.39



105

Fig. 4.39 Comandos directos de movimiento en la carpeta organizador.

Al entrar a la opción, se despliega una tabla con todas las instrucciones directas de control de movimiento con las que el usuario primeramente podrá interactuar. Se muestra en la figura 4.40

Fig. 4.40 Comandos directos de movimiento.



106

El uso de los comandos directos, ayuda a que el usuario de las primeras instrucciones de movimiento hacia el servomotor y comprueba que el servomotor en verdad trabaje como anteriormente se ha configurado, hasta el momento no se plantea alguna problemática o una solución para crear un perfil de movimiento en especifico, es decir, que libremente el usuario proporciona parámetros para realizar las primeras pruebas.

Los comandos de control de movimiento se clasifican por grupos, primeramente encontramos los de estado de movimiento, los que producen movimientos, el grupo de ejes y el grupo de evento de movimiento.

Para este trabajo, solo se delimita al uso de los tres primeros grupos, para que el usuario se quede con el concepto y bases del control de movimiento y operación del gabinete de control. Los comandos se explican a detalle en el punto 4.6.

En la figura 4.41 se muestra un ejemplo, donde el usuario crea un perfil de movimiento introduciendo valores de los solicitados y como resultado se tiene al servomotor girar del modo que en el comando se esté indicando.

Fig. 4.41 Ejemplo de un perfil de control de movimiento.

Otra propiedad que presentan los comandos directos de movimiento, es que ayudan a llenar los parámetros que el usuario desconozca al momento de introducirlos en la programación como se verá en el punto 4.6.

A continuación se mostrara un ejemplo del uso de los comandos directos de movimiento.

Se recomienda primeramente, que si el usuario utiliza este ejemplo como primer actividad en comandos de control de movimiento, lea el anexo presente al final de este trabajo, posteriormente y para dominar los conceptos el punto 4.6 donde se explican a detalle los comandos de control de movimiento.



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4.5.2 Ejemplo utilizando los comandos directos de movimiento. Una vez entrado a los comandos directos como se muestra en la figura 4.38, se tienen 3 comandos con los que el usuario interactuara con mayor frecuencia, y se presenta a continuación

• MSO: Activa al servomotor.

• MSF: Desactiva al servomotor.

• MAJ: Crea un perfil de movimiento para el servomotor.

En la figura 4.40 se muestra el comando MSO en uso, al hacer clic en Execute (Ejecutar), el usuario escuchara como únicamente el servo se activa (pero no produce ningún movimiento). Una vez activado, en la siguiente carpeta de comando, elegimos el comando MAJ (Impulso del eje de movimiento), el comando se puede apreciar en la figura 4.41, donde pide llenar ciertos parámetros, como velocidad, dirección del giro, perfil de movimiento (trapezoidal o curva s), en el ejemplo se da un parámetro de que el servomotor gire a una velocidad de 30 rev/s indicando también en que unidades, entonces será cuando el usuario podrá ver el primer movimiento del servomotor tal y como en el comando directo MAJ se ha indicado.

Posteriormente, el servomotor sigue girando, con la instrucción MSF se desactiva el servomotor al hacer clic en Execute (Ejecutar) el comando también se encuentra en la carpeta de estado de movimiento posterior al MSO de la figura 4.40

Hasta el momento, se ha introducido el uso de los comandos directos de movimiento, cada comando tiene una instrucción en específica, y como se comento anteriormente, estos comandos directos son para uso de realizar pruebas y crear movimientos libres para el servomotor.

A continuación, se explican a detalle los comandos de control de movimiento con los que el usuario podrá crear perfiles diferentes de movimiento según sea la necesidad y el problema a platear.

4.6 Programando los comandos de control de movimiento. Una vez que se tiene la noción básica de los comandos directos de control de movimiento, se procede a continuación la programación de dichos comandos.

Al igual que se introduce una entrada, o salida al momento de programar, los comandos de control de movimiento también requieren de un tag (Dirección de datos), para los comando de control de movimiento en general es recomendable que se utilice sólo un tag por instrucción y ésta no debe ser repetible al utilizar otro comando de control de movimiento, esto ocasionaría la operación inesperada del servomotor

Para poder agregar el tag al comando de control de movimiento, primeramente se debe de escribir el nombre de ese tag, por ejemplo MOV_1, posteriormente se le hace clic derecho al tag escrito y se le da en la opción New (Nombre del tag escrito), como aparece en la figura 4.42



108

Fig. 4.42 Agregando el tag al comando de control de movimiento.

Al hacerlo, aparece una tabla como se ve en la figura 4.43,

Fig. 4.43 Nuevo tag de tipo MOTION INSTRUCTION.



109

En ésta se confirma el nombre del tag escrito y el tipo de tag que será, que debe ser de MOTION INSTRUCTION (Instrucción de movimiento), se confirma el tag al dar clic en OK, este pequeño procedimiento se debe realizar en todos los tag creados de tipo MOTION INSTRUCTION.

En la figura 4.44 se muestra la ubicación de los comandos de control de movimiento en el RSLogix 5000.

Fig. 4.44 Ubicación de los comandos en el RSLogix 5000

A continuación, se explican a detalle cada uno de los comando de control de movimiento de los tres grupos con los que se trabaja.

4.6.1 Comandos de estado de movimiento. Los comandos de estado de movimiento controlan o cambian directamente los estados de operación de un eje, es decir que pueden activar o desactivar el servomotor únicamente, pero esta acción no produce ningún movimiento alguno.

En la tabla 4.2 se muestran los comandos de estado de movimiento utilizados para el gabinete de control.

Tabla 4.2 Comandos de estado de movimiento.

Comando de estado de movimiento. Acción del comando.

MSO Activa el servomotor ó servoeje

MSF Desactiva el servomotor ó servoeje.

MASD Fuerza al servomotor a estar en estado desactivado.

MASR Cambia al eje de estado de desactivación a activación del mismo.



110

• Comando Activar servo de movimiento (MSO). ). Este comando usa la ejecución de tipo mensaje (Ver Anexo), Se utiliza este comando para activar al servomotor, lo que hace es preparar el servomotor para ordenar movimiento. En la figura 4.45 se muestra el comando MSO en la programación.

Fig. 4.45 Comando MSO

Los parámetros a introducir a este comando se muestran en la tabla 4.3

Tabla 4.3 Parámetros del comando MSO

Nombre Tipo: Formato Descripción.

Eje Axis tag Se asocia el eje a activar

Control de movimiento

MOTION_INSTRUCTION tag Indica el tipo de tag, debe ser único e irrepetible

En la figura 4.46, se muestra un ejemplo de lo requerido para poder utilizar este comando en la programación en escalera.

Fig. 4.46 Programa base para utilizar el comando MSO

En la figura 4.46 se puede ver que sólo se requiere de una entrada digital (un pulso de la botonera didáctica) para activar el comando, los bits EN, DN y ER, se explican a detalle en el Anexo.

• Comando Desactivar servo de movimiento (MSF). Este comando usa la ejecución de tipo mensaje (Ver Anexo), se utiliza este comando para desactivar al servomotor una vez que éste ha operado bajo un perfil de movimiento, en la figura 4.47 se muestra el comando MSF.



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Fig. 4.47 Comando MSF

Los parámetros a introducir a este comando se muestran en la tabla 4.4

Tabla 4.4 Parámetros del comando MSF





En la figura 4.48 se muestra un ejemplo de lo requerido para poder utilizar este comando en la programación

Fig. 4.48 Programa base para usar el comando MSF.

En la figura 4.48 se puede ver que sólo se requiere de una entrada digital (un pulso de la botonera didáctica) para activar el comando, los bits EN, DN y ER, se explican a detalle en el Anexo.

• Comando de desactivación del movimiento del eje (MASD). La instrucción MASD sirve para forzar al eje de cualquier instrucción de activación y éste se quede desactivado. Con este comando, se bloquea toda acción de activación del eje (como el MSO) para ejercer una orden de movimiento. En caso de que en el eje se requiera iniciar una orden de movimiento, hay comandos para reactivarlo y poder crear un movimiento (como el comando MASR).



112

El comando MASD es un comando de tipo mensaje (Ver Anexo).En la figura 4.49 se muestra el comando de control MASD.

Fig. 4.49 Comando MASD.

Los parámetros a introducir en este comando se muestran en la tabla 4.5

Tabla 4.5 Parámetro del comando MASD

Nombre Tipo: Formato Descripcion.


Control de

movimiento


En la figura 4.50 se muestra un ejemplo de lo requerido para poder utilizar este comando en la programación



113

Fig. 4.50 Programa base para usar el comando MASD

En la figura 4.50 se muestra que para este comando de control de movimiento es necesario haber utilizado primeramente un perfil de movimiento, como el comando MAJ, activado anteriormente desde el comando MSO mediante una entrada digital, la otra entrada digital ocasionará que el servo se bloquee al encenderlo y al volverlo encender, este no accionara puesto que está en funcionamiento el comando MASD y forzar al eje a la desactivación.

Los bits EN, DN y ER, se explican a detalle en el Anexo.

• Comando para restablecer la desactivación del movimiento del eje. (MASR). Se utiliza este comando para restablecer el movimiento del eje, una vez forzado por el comando anterior MASD, es decir, que al activar este comando, volverá a activar al eje para que un comando con perfil de movimiento (por ejemplo MAJ) pueda ordenar un movimiento al eje.

El comando MASR es un comando de tipo mensaje (Ver Anexo).En la figura 4.51 se muestra el comando de control MASD.



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Fig. 4.51 Comando MASR


Tabla 4.6 Parámetro del comando MASR.





En la figura 4.52 se muestra un ejemplo de lo requerido para poder utilizar este comando en la programación.

Se tiene que para utilizar este comando, es necesario haber creado un perfil de movimiento, primeramente mediante una entrada digital activar el servomotor, ejecutar la orden de movimiento y posteriormente apagarlo, se activa la entrada digital que bloquea toda activación del eje como fue el caso del comando anterior, y se tiene otra entrada digital que restablece la activación del eje con el comando MASR para volver a ordenar el movimiento mediante el comando de control de movimiento MAJ.

Hasta el momento, solo se han descrito los comandos de control de movimiento que activan o desactivan el eje, a continuación se presentan a aquellos comandos que crean perfiles de movimiento para hacer mover al eje tal y como va la orden desde los comandos que producen movimiento.



115

Fig. 4.52 Programa base para usar el comando MASR

4.6.2 Comandos que producen movimiento. Los comandos que producen son aquellos comandos que una vez activados con los comandos anteriores, generan un perfil de movimiento controlando tanto posición, velocidad y aceleración en el servomotor.

En la tabla 4.7 se muestran los comandos que producen movimiento utilizados en el desarrollo de este trabajo.



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Tabla 4.7 Comandos que producen movimiento

Comando de estado de movimiento. Acción del comando.

MAJ Inicia un perfil de control de movimiento por impulsos para un eje.

MAM Iniciar un perfil de control de movimiento para un eje.

MAG Proporcionar sincronismo digital electrónico entre dos ejes.

MCD Cambiar la velocidad, régimen de aceleración o régimen de desaceleración de un perfil de control de movimiento o un perfil por impulsos en progreso.

MRP Cambiar la posición actual o de comando de un eje.

• Comando de movimiento del eje por impulsos.(MAJ) Este comando se utiliza para iniciar un perfil de control de movimiento por medio de impulsos para un eje. Si el usuario desea interrumpir dicho perfil, solo se debe manejar una velocidad cero para interrumpir el movimiento. El comando MAJ es un comando de tipo de ejecución inmediato y proceso (Ver Anexo), en la figura 4.53 se muestra el comando MAJ.

Fig. 4.53 Comando MAJ




117

Tabla 4.8 Parámetros del comando MAJ





Dirección

SINT, DINT, INT

Inmediato o tag

Se selecciona la dirección del impulso:

0= impulso de avance

1= impulso de retroceso

Velocidad SINT, DINT, INT o REAL Inmediato o tag

Valor de la velocidad para impulsar el eje asignado por el usuario

Unidades de velocidad

DINT

Inmediato

Se selecciona las unidades de las velocidad:

• % de máximo

• unidades por seg

Régimen de aceleración

SINT, DINT, INT o REAL Inmediato o tag

Se indica el régimen de aceleración

Unidades de aceleración

DINT

Inmediato

Se selecciona las unidades de la aceleración:

• % de máximo

• unidades por seg2

Régimen de desaceleración


Se indica el régimen de desaceleración

Unidades de desaceleración

DINT Inmediato Se selecciona las unidades de la desaceleración

• % de máximo


Perfil

DINT

Inmediato

Se selecciona el perfil de velocidad para ejecutar la operación por impulsos, se tiene:

• Forma trapezoidal

• Forma curva en S



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Combinación

DINT

Inmediato

Se determina si cambia todos los movimientos del eje a por impulsos solamente:

• inhabilitado

• habilitado

Velocidad de combinación

DINT

Inmediato

Si se habilita la combinación, se selecciona la velocidad del perfil por impulsos:

•valor programado en el campo velocidad

• velocidad actual del eje


Fig. 4.54 Programa base para el comando MAJ

En la figura 4.54 se puede observar que para utilizar el comando MAJ, se necesita primeramente activarlo mediante el comando MSO como se ha mostrado anteriormente, al activarse el comando MAJ, genera el perfil de movimiento con los parámetros que se ingreso



119

al comando para ordenar el movimiento al servomotor, posteriormente mediante una entrada digital se desactiva el movimiento con el comando MSF como se ha muestra en la figura.

En el comando MAJ, se indica a qué velocidad gira el eje del servomotor en el ejemplo se muestra que gira a una velocidad de 10 rev/s, también a qué tipo de perfil se comportara el movimiento, ya sea trapezoidal o de tipo s, como se mostro en el capítulo 1, en el caso de ocupar el perfil de movimiento de tipo s, se activa la aceleración y desaceleración y valores de cada uno para general ese tipo de perfil de movimiento.

Los bits EN, DN, ER e IP, se explican a detalle en el Anexo.

En la figura 4.55 se muestra una gráfica con el comportamiento de cada comando al momento de ejecutar el programa de la figura 4.54

Fig. 4.55 Gráfica de comportamiento del movimiento de cada comando.

• Comando de movimiento del eje (MAM). Este comando de control de movimiento genera un inicio de perfil de movimiento, en este comando se configura desde la posición hasta la velocidad para generar un perfil de movimiento para el servomotor.

El comando MAJ es un comando de tipo de ejecución inmediato y proceso (Ver Anexo), en la figura 4.56 se muestra el comando de control de movimiento MAM.



120

Fig. 4.56 Comando MAM


Tabla 4.9 Parámetros del comando MAM





Tipo de movimiento

SINT, DINT, INT

Inmediato o tag

Se selecciona el tipo de movimiento, entre los cuales están: •movimiento a una posición absoluta • movimiento de incremento • movimiento rotativo de ruta más corto • movimiento positivo rotativo

• movimiento negativo rotativo

Posición

SINT, DINT, INT o REAL

Inmediato o tag

Es el valor de la posición de comando absoluta al cual se mueve o para el movimiento incremental, el valor de la distancia de movimiento desde la posición de comando actual.



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Velocidad


Inmediato o tag

Este parámetro asignado por el usuario, indica a que velocidad girara el eje del servomotor.


DINT

Inmediato


• % de máximo






DINT

Inmediato

Se selecciona las unidades de la aceleración:

• % de máximo






DINT Inmediato Se selecciona las unidades de la desaceleración:

• % de máximo


Perfil

DINT

Inmediato

Se selecciona el perfil de velocidad para ejecutar la operación por impulsos, se tiene: • Forma trapezoidal

• Forma curva en S

Combinación

DINT

Inmediato

Se determina si cambia todos los movimientos del eje a por impulsos solamente: • inhabilitado

• habilitado

Velocidad de combinación

DINT

Inmediato

Si se habilita la combinación, se selecciona la velocidad del perfil por impulsos: •valor programado en el campo velocidad

• velocidad actual del eje



122


Fig. 4.57 Programa base para el comando MAM.

Se puede observar que primeramente para activar este comando, se necesita del comando MSO para activar el eje, posteriormente al activarlo, se activa la orden de movimiento del comando MAM, el cual el movimiento que le manda al servomotor es que tiene una posición de 30, es decir que dará 30 vueltas a una velocidad de 20 rev/s, con el perfil de movimiento trapezoidal, tipo de movimiento indica 0, es decir que será el movimiento absoluto, opción que se puede ver en la tabla 4.9

Los bits EN, DN, ER, IP y PC se explican a detalle en el Anexo. En la figura 4.58 se muestra la gráfica de comportamiento de movimiento de cada comando al ejecutar el programa de la figura 4.57



123


• Comando de sincronismo digital del movimiento del eje (MAG). Este comando se utiliza para hacer un sincronismo digital entre dos servomotores, es decir, que se tiene un servomotor maestro y otro esclavo, así como tenga el perfil de movimiento el servomotor maestro, es como actuara el servomotor esclavo.

El comando MAG es un comando de tipo de ejecución inmediato y proceso (Ver Anexo), en la figura 4.59 se muestra el comando de control de movimiento MAG.

Fig. 4.59 Comando MAG



124

Los parámetros a introducir en este comando se muestran en la tabla 4.10.

Tabla 4.10 Parámetros del comando MAG


Eje esclavo Axis tag Se asocia el eje a que será el esclavo. Seguirá el perfil de movimiento que tenga el eje maestro.

Eje maestro Axis tag Se asocia el eje que será el maestro, éste será quien tenga el perfil de movimiento.


MOTION_INSTRUCTION tag Indica el tipo de tag, debe ser único e irrepetible.

Dirección

SINT, DINT, INT

Inmediato o tag

Se selecciona la dirección del eje esclavo con relación al eje maestro, en las opciones esta: • 0 - el eje esclavo se mueve en lamisma dirección que el eje maestro • 1 - el eje esclavo se mueve en ladirección opuesta de su dirección actual • 2 - el eje esclavo cambia entre la dirección actual o a la dirección anterior • 3 - el eje esclavo continua su dirección actual o anterior

Relación


Inmediato o tag

Es el valor real con signo de la relación de sincronismo digital de las unidades esclavas por las unidades maestras

Cuenta de esclavos

SINT, DINT, INT

Inmediato

Son las cuentas del encoder esclavo para una fracción de entero

Cuentas de maestro

SINT, DINT, INT Inmediato o tag

Son las cuentas del encoder maestro para una fracción de entero

Referencia maestra

aceleración

DINT

Valor

inmediato

Se establece la referencia de la posición maestra a la posición de Comando o a la posición Real:



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• Real: el movimiento del eje esclavo se genera desde la posición real del eje maestro tal como lo ha medido su encoder o algún otro dispositivo de feedback. • Comando: el movimiento del eje esclavo se genera desde la posición deseada u ordenada del eje

Formato de relación

DINT

Valor inmediato

Se selecciona el formato de la relación entre el eje esclavo y el eje maestro: • relación de sincronismo digital real • fracción de entero de las cuentas de encoder esclavo a las cuentas de encoder maestro

Embrague

DINT

Valor inmediato

Se determina si se desea o no aumentar el eje esclavo a la velocidad de sincronismo digital usando el valor de aceleración:

• inhabilitado

• habilitado


SINT, INT, DINT o REAL

Inmediato o tag

Es el régimen de aceleración del eje esclavo para el embrague


DINT

Valor

inmediato

Se selecciona las unidades de la aceleración para el embrague:

• % máximo de aceleración

• unidades por seg2.




126

Fig. 4.60 Programación base para el comando MAG



127

En la figura 4.60, se utiliza el comando MSO para activar ambos servomotores, uno por servomotor, posteriormente se genera un perfil de movimiento, en el caso de la figura se utiliza el comando MAJ, también puede utilizarse por ejemplo MAM, al crear el perfil de movimiento el tag de MAJ activa el comando MAG, diciendo que ambos servomotores giraran en la misma sincronía a la misma velocidad creando un solo perfil de movimiento para ambos servomotores, entre las opciones mostradas en la tabla 4.10 se puede cambiar ese sincronismo entre el servomotor esclavo y maestro. Finalmente y mediante una entrada digital se activa el paro del servomotor maestro, haciendo que ambos paren el movimiento antes ordenado.

Los bit EN, DN, ER, IP y PC se explican a detalle en el Anexo.

En la figura 4.61 se muestra la gráfica de comportamiento de movimiento de cada comando al ejecutar el programa de la figura 4.60




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• Comando de cambio de dinámica (MCD). Este comando sirve para cambiar parámetros de un perfil ya ordenado, como por ejemplo la velocidad, la aceleración o desaceleración.

El comando MCD es un comando de tipo de ejecución inmediato (Ver Anexo).

En la figura 4.62 se muestra el comando de control de movimiento MCD.

Fig. 4.62 Comando MCD


Tabla 4.11 Parámetros del comando MCD





Tipo de movimiento

DINT

Inmediato o tag

Se selecciona el perfil de control de movimiento que se desea cambiar:

• impulsos

• mover

Cambiar de velocidad

DINT

Inmediato

Se determina si se desea o no desea cambiar la velocidad:

• no • sí



129

Velocidad


Inmediato o tag

Este parámetro asignado por el usuario, indica la nueva velocidad a la que cambiara el eje del servomotor.

Cambiar la aceleración

DINT

Inmediato

Se selecciona si es necesario cambiar la aceleración:

• no • sí




Cambiar la desaceleración

DINT

Inmediato

Se selecciona si es necesario cambiar la desaceleración:

• no • sí





DINT

Inmediato


• % de máximo de velocidad



DINT

Inmediato

Se selecciona las unidades de la aceleración

• % de máximo de aceleración



DINT Inmediato Se selecciona las unidades de la desaceleración:

• % de máximo





130

Fig. 4.63 Programa base para el comando de control MCD

En la figura 4.63 se puede observar que para usar el comando MCD, se debe crear primeramente un perfil de movimiento se activa el servomotor con el comando MSO, se genera la orden de movimiento mediante el comando MAJ, que gira a una velocidad 1, mediante una entrada digital se activa el comando MCD dando la orden al servomotor de girar a una velocidad 2 , en este caso cambia de 10 rev/s a 40 rev/s, el tipo de movimiento es por jogueo, es decir que sólo al presionarlo, se activa la velocidad 2 mediante un perfil trapezoidal. Finalmente a través de otra entrada digital, se apaga el servomotor con el comando de control de movimiento MSF.

Los bit EN, DN, ER, y IP se explican a detalle en el Anexo.

En la figura 4.64 se muestra la gráfica de comportamiento de movimiento de cada comando al ejecutar el programa de la figura 4.63



131


• Comando para redefinir la posición del eje (MRP). Este comando se utiliza para cambiar la posición o comando actual que tiene el eje de un servomotor, este comando no produce movimiento solo se redefine la posición del eje.

El controlador puede calcular nuevas posiciones del eje de dos maneras:

• Absoluto: Donde el controlador asigna el valor de posición como la posición actual o de comando nueva.

• Relativo: Donde el controlador suma el valor de posición a la posición real o de comando actual.

El comando MRP es un comando de ejecución de tipo mensaje. (Ver Anexo).

En la figura 4.65 se muestra el comando MRP.

Fig. 4.65 Comando MRP




132

Tabla 4.12 Parámetros del comando MRP





Tipo

DINT

Inmediato

Se selecciona el tipo de operación al que el comando actuará:

• absoluto

• relativo

Selección de posición

DINT Inmediato Se selecciona en qué posición se debe realizar la operación de redefinición:

• posición real

• posición de comando

Posición SINT, INT, DINT o REAL

Inmediato o tag Es el valor para cambiar la posición del eje a la posición actual u offset


Fig. 4.66 Programa base para el comando MRP.



133

En la figura 4.66 se hace un sencillo programa, donde primero a través del comando MSO se activa el servomotor, posteriormente el tag del mismo activara el comando MRP como este no genera movimiento, solo se indica al servomotor que cambie la posición del servomotor de manera relativa.

Los bits EN, DN, y ER se explican a detalle en el Anexo.

4.6.3 Comandos de grupo de ejes. Los comandos de grupos de ejes, se encargan de activar o desactivar un grupo de ejes, para este trabaja se recordara que se trabaja con un grupo de ejes que contiene 2 servomotores, estos comandos no producen movimiento, solo activan o desactivan la acción ordenada de los comandos que producen movimiento pero en esta ocasión, a mas de un eje a la vez.

En la tabla 4.3 se muestran los comandos de grupos de ejes.

Tabla 4.13 comandos de grupos de ejes.

Comandos de grupos de ejes. Acción del comando.

MGS Inicia una interrupción de movimiento a un grupo de ejes.

MGSD Forza todos los ejes de un grupo a estar en estado desactivado.

MGSR Realiza una transición de un grupo de ejes de estado desactivado a ejes listos.

• Comando de paro de grupo de ejes. (MGS). Este comando se utiliza para iniciar un paro del movimiento a un grupo de ejes.

El comando MGS es un comando de ejecución de tipo proceso. (Ver Anexo).

En la figura 4.67 se muestra el comando de control de movimiento MGS.

Fig. 4.67 Comando MGS

En la tabla 4.14 se muestran los parámetros para el control de movimiento MGS.



134

Tabla 4.14 Parámetros del comando MGS

Nombre Tipo Formato Descripción

Grupo MOTION_GROUP tag Se asocia el grupo de ejes a

activarse



Inhibición DINT Inmediato Se determina si el grupo de ejes están abiertos después de pararse:

Inhabilitado o Habilitado.

En la figura 4.68 se muestra un ejemplo de lo requerido para utilizar este comando en la programación.



135

Fig. 4.68 Programa base para el comando MGS

Se muestra el programa base para usar el comando MGS, consta de una activación de dos ejes, y cada uno con un comando de perfil de movimiento, hasta ese momento, cada servo opera de manera diferente, mediante una entrada digital se activa el comando MGS y ambos servos con perfiles diferentes, se apagan al mismo tiempo, es decir se apago el grupo que contenía esos ejes.

Los bits EN, DN, ER, IP y PC, se explican a detalle en el Anexo.



136

• Comando para desactivar el grupo de ejes. (MGSD). Este comando se utiliza para forzar a los ejes de un grupo a que pertenezcan en modo de desactivación, toda orden de activación de los ejes o del grupo de ejes, será bloqueado por este comando. El comando MGSD es un comando de ejecución de tipo mensaje (Ver Anexo).

En la figura 4.69 se muestra el comando de movimiento MGSD.

Fig. 4.69 Comando MGSD

Los parámetros del comando MGSD, se muestran en la tabla 4.15

Tabla 4.15 Parámetros para el comando MGSD



activarse



En la figura 4.70 se muestra un ejemplo de lo requerido para utilizar este comando en la programación. Se puede mostrar en la figura la similitud respecto a la figura 4.69, donde nuevamente se crean perfiles diferentes a ambos ejes del grupo de ejes, la diferencia es que al activarse la entrada digital y active el comando MGSD, bloqueara toda acción de movimiento de los ejes una vez que se requiera hacer mover a los ejes del grupo

Los bits EN, DN, ER y IP se explican a detalle en el Anexo.



137

Fig. 4.70 Programa base para el comando MGSD

• Comando para restablecer el grupo de ejes. (MGSR). Este comando realiza la activación el grupo de ejes, una vez forzada su habilitación por el comando anterior MGSD, con este comando se desbloque toda acción que no permitía activar los ejes.

El comando MGSR es un comando de ejecución de tipo mensaje (Ver Anexo).

En la figura 4.71 se muestra el comando de movimiento MGSR.



138

Fig. 4.71 Comando MGSR

En la tabla 4.16 se muestran los parámetros del comando MGSR.

Tabla 4.16 Parámetros para el comando MGSR



activarse



En la figura 4.72 se muestra lo requerido para poder utilizar este comando, basándose en la explicación pasada de la figura 4.70, se puede ver que llega la activación de forzar al grupo de ejes a permanecer inhabilitados, ahora con una diferente entrada digital, al activarse el comando MGSR toda acción de bloqueo se desbloquea permitiendo así que al activar y ordenar el perfil de movimiento en los ejes del grupos estos se muevan permitiendo así, un control de movimiento.



139

Fig. 4.72 Programa base para el comando MGSR.

Con este último comando de control de movimiento, se ha completado los tres grupos de comandos de control de movimientos aplicados al gabinete de control, y de forma didáctica, el usuario podrá interactuar con el equipo para poder llevar a cabo el control de movimiento mediante la programación o uso directo de los comandos de control de movimiento.

140

CAPÍTULO

“Resultados, aplicaciones del gabinete de control, y

conclusiones”

En este capítulo final del trabajo, se presenta los resultados obtenidos al programar el gabinete de control y hacer uso del sistema de control de movimiento, se presentan algunas aplicaciones donde el gabinete puede ser efectivo en la industria, se presenta la cotización del gabinete de control y se concluye este trabajo de tesis.

CAPITULO 5: Resultados, aplicaciones del gabinete de control y conclusiones.

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5.1 Resultados obtenidos del gabinete de control. En el planteamiento del objetivo, se establecieron ciertos puntos con los que se quería llegar al desarrollo de este trabajo.

El primer punto se realizó con éxito, la implementación e integración del PAC ControlLogix en el gabinete de control con el sistema de control de movimiento.

Esta integración consistía en usar el más alto y moderno PAC de la familia Allen Bradley, el ControlLogix en un sistema de control de movimiento, con uno de los drives en aplicaciones industriales, el ULTRA 3000, ya que éste último puede operar bajo el uso del software ULTRAWARE, sin la necesidad de un controlador en aplicaciones pequeñas, por ello y para el uso didáctico del gabinete de control, se realizó dicha integración.

En el capítulo 3 se describe a detalle el diseño e implementación del gabinete de control, para fines de control de movimiento y uso didáctico gracias a la botonera para simular las entradas y salidas digitales.

Como segundo punto, se obtiene que durante el capítulo 4 que es toda la comunicación del gabinete de control con la PC y posteriormente la configuración y programación del mismo, y mediante la programación de los comandos de control de movimiento se cumple el objeto de realizar perfiles de movimiento y hacer girar el servomotor como se indica en las instrucciones de control de movimiento.

En las figuras 5.1 y 5.2 se muestran imágenes del giro que tiene los servomotores al programarlo con los comandos de control de movimiento del RSLogix 5000.

Fig. 5.1 Ejes del sevomotor en movimiento.


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Fig.5.2 Los ejes de los servomotores en movimiento.

5.2 Aplicaciones industriales para el gabinete de control. A continuación se presenta una serie de aplicaciones industriales reales donde el gabinete de control de este trabajo puede ser la solución a dichas aplicaciones. En [17] se tiene una variedad de aplicaciones de control de movimiento, y se presentan las más aptas para el gabinete de control.

5.2.1 Encartonadora con ControlLogix y ULTRA 300. Las cartoneras proporcionan el empaque para una amplia variedad de productos de consumo que van desde los alimentos de animales domésticos hasta el cereal.

Debido a que la encartonadora proporciona el empaque de los productos que están directamente recibidos por el consumidor, que suelen estar equipados con características adicionales tales como una impresora de código de la fecha, folleto, o inserción de cupones. Estas máquinas se pueden agrupar en dos categorías principales: estuchadoras verticales y horizontales estuchadoras.

En la figura 5.3 se muestra la aplicación en operación utilizando ControlLogix y ULTRA 3000 para la encartonadora antes descrita.


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Fig. 5.3 Encartonadora con ControlLogix y ULTRA 3000.

En la encartonadora antes mencionada, suele ser una aplicación para tener en operación el gabinete de control de este trabajo, pues el centro de trabajo de control de movimiento se puede realizar mediante el equipo que se utiliza es especial con el sistema de control de movimiento, se puede ver en operación la encartonadora con el ControlLogix y los ULTRA 3000, en ese caso es un módulo SERCOS para 8 ejes, pero debido que solo utiliza tres ULTRA 3000, el gabinete de control queda como centro de trabajo de control de movimiento para este tipo de aplicación industrial.

5.2.2 Máquina Pone y Acomoda (Pick & Place) con ControlLogix y Ultra3000. Este tipo de maquinas se utilizan en la industria de productos de consumo para una amplia variedad de aplicaciones de transferencia de productos. La máquina básicamente tiene un producto en la banda y los va apilando listo para a paletización o envío.

En la figura 5.2 se muestra la aplica que Allen Bradley tiene utilizando un sistema de control de movimiento.


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Fig. 5.4 Maquina Pick & Place con Allen Bradley.

En la figura 5.4 se muestra se puede notar otra aplicación para el gabinete de control donde utiliza el ControlLogix y el ULTRA 3000 manejando tres ejes, y un sensor para detectar el producto entrante y colocarlo en la segunda banda en la caja, en la aplicación mostrada utilizan un servomotor de la marca Allen Bradley diferente al utilizado en este trabajo.

También se notar en la aplicación que al igual que el gabinete de control el medio de comunicación entre el módulo SERCOS y los ULTRA 3000 es a través de fibra óptica.

Con lo anterior queda concluido que el gabinete de control con el que se trabajo en este trabajo de tesis, es aplicable en la industria, a diferencia del otro PAC de Allen Bradley mencionado en el capítulo 1, el CompactLogix que también usa el sistema de control de movimiento, es que el ControlLogix es para aplicaciones más grandes, y la diferencia entre ambos PAC´s es el número de ejes que utilizan cada uno y lo que soporta el procesador del controlador Logix de cada uno.


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5.3Cotización del gabinete de control El equipo con el que se trabajo durante el desarrollo de este trabajo es de la marca Allen Bradley, a continuación se presenta la cotización del equipo en moneda nacional mostrada en la tabla 5.1.

Tabla 5.1 Cotización del equipo del gabinete de control

Nª de catalogo Descripción Cantidad Precio

1756-pa72 Fuente de alimentación eléctrica de 85-132 VCA 1 pza $ 10,655.26 M.N.

1756-L61 Procesador logix 5561 con 2MB de memoria 1 pza $ 67,937.1 M.N.

1756-ENBT Modulo de comunicación de interface a Ethernet 1 pza $ 25,213.7 M.N.

1756-M03SE Modulo control de movimiento para 3 ejes con SERCOS 1 pza $ 15,315.3 M.N.

1756-OB16E Modulo de 16 salidas con fusible de 10-30 VCD 1 pza $ 6,466.46 M.N.

1756-IB16I Modulo de 16 entradas aisladas de ControlLogix de 19-30 VCD

1 pza $ 5,956.02 M.N.

1746-A17 Chasis modular de 7 ranuras 1 pza $ 5,615.68 M.N.

2090-SCEP1-0 Cable de fibra óptica de plástico para SERCOS, (1mto) 1 pza $ 1,208.9 M.N.

2711P-CBL-EX04

Cable Ethernet grado industrial, (4.3mts) 1 pza $ 574.98 M.N.

1492-PD3263 Block de distribución 350 A, 600 VCA/CD 1 pza $ 907.2 M.N.

2090-UXLF-123 Filtro de CA para sevodrive, serie ultra 100 y 200, 23Amp continuos, 1 fase

1 pza $ 2,505.3 M.N.

2090-UXLF-336 Filtro para línea CA familia ultra 36Amp, 3 fases 1 pza $ 2,580.76 M.N.

1606-XLP30E Fuente de poder 30W, 24VDC de salida 1pza $ 1,780.24 M.N.

2098-DS-005-SE Servodrive modelo ultra 3000 1 pza $ 285,921.3 M.N.

700-K22Z-D Relevador de control miniatura contactos 2NA, 2NC 120VAC

1 pza $ 6,097.04 M.N.

IP 55 386 29 Gabinete ATLANTIC marca Legrand 1 pza $ 7,121.38 M.N.

TOTAL $ 447,952.3 M.N.


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5.4 Conclusiones Hoy en día el control de movimiento tiene una gran gama de aplicaciones en la industria debido a las necesidades que se han ido creando a través del tiempo en los procesos industriales, ya que este tipo de aplicaciones reduce costos y los tiempos de producción mejorando la calidad de fabricación del producto, sin mencionar que se obtiene una gran precisión en el proceso por lo que se hace necesario conocer la importancia de esta tecnología en la industria.

En este trabajo se dio a conocer los fundamentos del control de movimiento, así como la integración del sistema ControlLogix, controlador de la familia más reciente desarrollada por Allen Bradley, ya que juega un papel importante en el planteamiento de este trabajo y en el desarrollo de las múltiples aplicaciones que se hacen en la industria, además de mencionar las características de los dispositivos utilizados para la integración del gabinete de control de movimiento.

El gabinete de control que se implemento se hizo con fines didácticos para que los alumnos de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización puedan conocer una de las múltiples aplicaciones que tiene el ControlLogix. Con esto el alumno tendrá una herramienta de trabajo para familiarizarse con los posibles dispositivos que pudiera encontrarse en la industria al egresar de la carrera, y principalmente conocer los dispositivos que lo componen principalmente el ControlLogix , servodrive Ultra 3000 y los servomotores.

Con esto se cumplió objetivo de adquirir el conocimiento y saber la implementación de estos dispositivos y tener una idea más amplia sobre las posibles aplicaciones del ControlLogix en los procesos que se llevan a cabo en la industria.

Por último, esto se realizo con el fin de que los alumnos de futuras generaciones tuvieran una estación de trabajo para realizar prácticas referentes al control de movimiento, comunicaciones industriales y dar a conocer una de las tecnologías de nueva generación que está obteniendo un gran auge en la industria como lo es el ControlLogix.

Bibliografía

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Bibliográfica.

[1] ROJAS MARTÍNEZ MARCO ANTONIO, 2009, “Integración de la Etapa de Control de un Módulo Didáctico Aplicado al Control de Movimiento”, Tesis, México D.F. , Instituto Politécnico Nacional, 195 p.

[2] GARCÍA SAQUIELA MARCELO RODRIGO, 2010,”Diseño del Sistema de Control del Brazo Robótico CRS A225 Utilizando la plataforma KINETIX de Allen Bradley”,Tesis, Ecuador Sangoquí, Escuela Politécnica del Ejército,190 p.

[3] HERNÁNDEZ CASTRO PEDRO DAMIÁN, 2011,”Desarrollo de aplicaciones industriales con controladores de Automatización Programable”, Tesis , México D.F. , Instituto Politécnico Nacional, 108 p.

[4] INTECH MÉXICO, 2004, México D.F. Volumen 3 (2).

[5]. INTECH MÉXICO, 2009, México D.F. Volumen 8 (1).

[6]. http://www.tracnova.com/control%20de%20movimiento.htm

[7]. Ingeniería, control y automatización, 2001, México D.F. Volumen 15.

[8] GODOY RODRÍGUEZ LUIS, 2009,”Estación de trabajo ULTRA 3000”, Tesis, México D.F Instituto Politécnico Nacional,152p.

[9] http://www.infoplc.net/blog4/2010/08/04/elementos-de-un-servo-drive/

[10].http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/106-capitulo-34-tipos-de-senales-de-un-plc.html

[11]http://www.instrumentacionycontrol.net/es/curso-completo-de-plcs/104-capitulo-32-modulos-de-entrada-y-salida-de-datos.html

[12] Sistema ControlLogix 1756 TD002C-EN-E - September 2010.pdf

[13] Módulo SERCOS 1756-TD004B-EN-E - May 2010.pdf

[14] Módulo Ethernet/IP 1756-UM051B-ES-P - Noviembre de 2000.pdf

[15]. Ultra 3000 2098-BROO1B-ES-P — Junio de 2001.pdf

[16] Fibra Óptica 2090-QR001D-EN-P – April 2005.pdf

[17] http://www.ab.com/motion/applications/

Anexo

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148

Anexo

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A. Descripción de la forma de ejecución de los comandos de

control de movimiento. Dentro de los comandos de control de movimiento, existen tres tipos de secuencia de ejecución, es decir, tres maneras en diferentes en las que los comandos de control generan esas instrucciones, en el capítulo 4 se indica que tipo de ejecución tiene cada comando de control de movimiento.

Los tres tipos se secuencia son:

• Inmediato. La instrucción se completa mediante un escaneo.

• Mensaje. La instrucción se completa durante varios escaneos, puesto que la instrucción envía mensajes al servodrive.

• Proceso. La instrucción puede tomar una cantidad de tiempo indefinida para completarse.

A.1 Comandos de tipo Inmediato. Se ejecutan hasta completarse un escaneo y en caso de haber error se establece el bit ER y la operación termina.

Su funcionamiento consiste en que cuando el renglón que contiene el comando de control de movimiento se hace verdadero el controlador:

• Establece el bit de habilitación EN. (Indica que la instrucción está habilitada)

• Restablece el bit de efectuado DN.( Activa el comando cuando no presenta error)

• Restablece el bit de error ER. (Se activa en caso de error.)

El controlador ejecuta la instrucción por completo.

Si no se detecta un error, el controlador activa el bit DN, en caso contrario se activa el bit ER.

La próxima vez que el renglón se hace falso y después del establecimiento del bit DN o ER, el controlador restablece el bit EN.

El controlador puede ejecutar la instrucción nuevamente cuando el renglón se hace verdadero.

Los siguientes comandos son ejemplos de las instrucciones de tipo inmediato:

• Instrucción de cambio de dinámica (MCD)

• Instrucción de captura de posición de un grupo de ejes (MGSP)

Anexo

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A.2 Comandos de tipo Mensaje. Envían uno ò mas mensajes al servodrive cuando se hace verdadero el renglón que contenga el comando de control de movimiento.

Su funcionamiento consiste de la siguiente manera, cuando se hace verdadero el renglón que contenga el comando de control de movimiento, el controlador:




El controlador comienza a ejecutar la instrucción configurando una solicitud de mensaje al servodrive.

El controlador verifica si el servomódulo está listo para recibir un nuevo mensaje, el controlador coloca los resultados de la verificación en la palabra de estado de mensaje de la estructura de control, cuando el módulo está listo, el controlador construye y transmite el mensaje al módulo, este proceso se puede repetir varias veces si la instrucción requiere múltiples mensajes.

Si el controlador no detecta error, establece el bit DN si todos los mensajes se han enviado, en caso de error se activa el bit ER.

La próxima vez que el renglón se hace falso y después del establecimiento del bit .DN o .ER, el controlador restablece el bit EN, el controlador puede ejecutar la instrucción nuevamente cuando el renglón se hace verdadero.

Los siguientes comandos son ejemplos de las instrucciones de tipo mensaje:

• Instrucción de control directo del servodrive (MDO)

• Instrucción de redefinir posición (MRP)

A.3 Comandos de tipo Proceso. Inician procesos de control de movimiento que peuden tardar un tiempo indefinido para completarse.

Su funcionamiento consiste de la siguiente manera, cuando se hace verdadero el renglón que contenga el comando de control de movimiento, el controlador:




• Restablece el bit de proceso concluido PC (Se activa cuando el proceso ha termiando).

Anexo

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El controlador inicia el proceso de control de movimiento.

Si el controlador no detecta un error, se establece el bit DN y establece el bit IP (este bit se activa cuando el comando de control de movimiento está en proceso), en caso de error se activa el bit ER.

Una vez concluido el inicio del proceso de control de movimiento, el escaneo del programa puede continuar, la próxima vez cuando el renglón se hace falso y después del establecimiento del bit DN o ER el controlador establece el bit EN.

La instrucción puede ejecutarse nuevamente cuando el renglón se hace verdadero.

Los siguientes comandos son ejemplos de las instrucciones de tipo mensaje:

• Instrucción de habilitar registro (MAW)

• Instrucción de mover el eje (MAM)

A.4 Mnemónicos utilizados en los comandos de control de movimiento de este trabajo. En la tabla A.1 se presentan los mnemónicos utilizados de los comandos de control de movimiento durante el desarrollo del capítulo 4.

Mnemónico Tipo de datos Descripción

EN BOOL El bit de habilitación indica que la instrucción está

habilitada (la condición de renglón de entrada y la

condición de renglón de salida son verdaderas).

DN BOOL El bit de efectuado indica que se han completado todos

los cálculos y los mensajes (si los hay).

ER BOOL El bit de error indica cuándo se utiliza la instrucción de

forma no válida.

IP BOOL El bit en proceso indica que se está ejecutando un proceso.

PC BOOL El bit de proceso concluido indica que la operación se ha

completado.

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